本發(fā)明屬于半導(dǎo)體光電探測(cè)器，尤其涉及一種復(fù)合薄膜紫外探測(cè)器及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、紫外探測(cè)器被廣泛的應(yīng)用于天文學(xué)、燃燒工程、水凈化處理、火焰探測(cè)、生物效應(yīng)、天際通信以及環(huán)境污染監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。由于大氣中臭氧層的吸收，使得地球表面幾乎沒(méi)有小于280nm的紫外光，這一光譜區(qū)域稱為日盲波段，由于沒(méi)有太陽(yáng)光的干擾，使得工作在該波段的日盲紫外探測(cè)器具有高的靈敏度，可用于導(dǎo)彈預(yù)警等方面。因此日盲紫外探測(cè)器受到了人們廣泛的關(guān)注。目前在軍事和實(shí)際生活上應(yīng)用的探測(cè)器主要以硅基紫外光電管和光電倍增管為主，但是二者體積笨重，功耗比較大，而且還需要自帶濾光片，這些缺點(diǎn)在很大程度上限制了它們應(yīng)用的推廣。

2、鎵酸鋅材料是zno和ga2o3的復(fù)合氧化物，其中最常見(jiàn)的晶體結(jié)構(gòu)是znga2o4，其具有尖晶石結(jié)構(gòu)，屬于直接帶隙半導(dǎo)體，禁帶寬度在4.4ev-5.0ev之間，在原理上可以應(yīng)用于248nm-280nm范圍內(nèi)的紫外光電器件等領(lǐng)域。肖特基型器件可以避免持續(xù)光電導(dǎo)帶來(lái)了響應(yīng)速度變慢的問(wèn)題，同時(shí)可以不使用外部電源工作。平面型肖特基器件容易導(dǎo)致電場(chǎng)分布不均勻，不利于大規(guī)模集成。而垂直結(jié)構(gòu)的肖特基光電探測(cè)器由于兩個(gè)電極之間的距離減小和載流子傳輸效率的提高而表現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢(shì)。

3、制備垂直肖特基器件，常常需要另外制備底電極，工藝復(fù)雜；如果選用導(dǎo)電si材料生長(zhǎng)鎵酸鋅材料，可以直接使用si作為底電極，但是面臨si和鎵酸鋅的晶格適配大，生長(zhǎng)得到的鎵酸鋅薄膜質(zhì)量不佳的問(wèn)題。

4、此外單獨(dú)的鎵酸鋅基紫外探測(cè)器性能提升有限，通過(guò)形成多重異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)有望實(shí)現(xiàn)器件性能進(jìn)一步提升。但是多層異質(zhì)結(jié)構(gòu)的制備方法較難，對(duì)于垂直結(jié)構(gòu)而言，還存在底部電極不易制備的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明創(chuàng)造旨在提供一種新型結(jié)構(gòu)的復(fù)合薄膜紫外探測(cè)器及其制備方法。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明創(chuàng)造的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、一種復(fù)合薄膜紫外探測(cè)器，所述復(fù)合薄膜紫外探測(cè)器從下自上依次包括襯底，生長(zhǎng)在襯底上的復(fù)合薄膜，生長(zhǎng)在所述復(fù)合薄膜上的金屬電極；所述金屬電極為叉指結(jié)構(gòu)；

4、所述復(fù)合薄膜包括氧化鎵和鎵酸鋅；所述氧化鎵和所述鎵酸鋅之間的界面分布隨機(jī)無(wú)序；所述復(fù)合薄膜通過(guò)先制備第一摻雜鋅的氧化鎵薄膜，再制備第二摻雜鋅的氧化鎵薄膜得到；

5、以鋅原子與鎵原子的原子質(zhì)量之和為百分百，所述第一摻雜鋅的氧化鎵薄膜中，鋅原子的質(zhì)量百分比為1%~5%；所述第二摻雜鋅的氧化鎵薄膜中，鋅原子的質(zhì)量百分比為5%~30%。

6、進(jìn)一步的，所述復(fù)合薄膜紫外探測(cè)器還包括生長(zhǎng)在所述金屬電極上的in電極；所述襯底為 c-al2o3。

7、進(jìn)一步的，所述氧化鎵的擇優(yōu)生長(zhǎng)晶向?yàn)閇-201]。

8、進(jìn)一步的，所述鎵酸鋅的擇優(yōu)生長(zhǎng)晶向?yàn)閇111]。

9、進(jìn)一步的，所述金屬電極中的金屬選自au、ag、pt、al、ti、ni或cr中的任意一種。

10、進(jìn)一步的，所述金屬電極的厚度范圍為10nm~50nm；所述復(fù)合薄膜的厚度范圍為50nm~1000nm。

11、進(jìn)一步的，所述叉指結(jié)構(gòu)的指間距范圍為2μm~10μm，所述叉指結(jié)構(gòu)的叉指的對(duì)數(shù)范圍為10對(duì)~25對(duì)，所述叉指結(jié)構(gòu)的叉指的長(zhǎng)度范圍為0.5mm~2mm，所述叉指結(jié)構(gòu)的叉指的寬度范圍為2μm~10μm。

12、本發(fā)明還提供一種根據(jù)本發(fā)明所述的復(fù)合薄膜紫外探測(cè)器的制備方法，所述制備方法包括步驟：

13、s1.在所述襯底上，通過(guò)有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法，通入鎵源，生長(zhǎng)得到氧化鎵薄膜；通入鎵源和鋅源，得到所述第一摻雜鋅的氧化鎵薄膜；再通入鎵源和鋅源，得到所述第二摻雜鋅的氧化鎵薄膜；關(guān)閉鎵源和鋅源，降至室溫，進(jìn)行退火處理，得到所述復(fù)合薄膜；

14、s2.在所述復(fù)合薄膜表面，通過(guò)光刻制備叉指圖形，再通過(guò)磁控濺射，得到所述金屬電極；得到所述復(fù)合薄膜紫外探測(cè)器。

15、進(jìn)一步的，所述制備方法還包括步驟：

16、s3.在所述金屬電極上按壓in粒，得到所述復(fù)合薄膜紫外探測(cè)。

17、進(jìn)一步的，所述步驟s1中，生長(zhǎng)所述氧化鎵薄膜時(shí)，生長(zhǎng)的溫度范圍為500℃~800℃，生長(zhǎng)室的真空度為2*102pa?~1*104pa；通入氧氣的流速為100?ml/min?~1000?ml/min；所述鎵源為三甲基鎵或者三乙基鎵，通入所述鎵源的管路的載氣流速為1?ml/min?~20?ml/min；生長(zhǎng)的時(shí)間為1min~60min；

18、生長(zhǎng)所述第一摻雜鋅的氧化鎵薄膜時(shí)，生長(zhǎng)的溫度范圍為500℃~800℃，生長(zhǎng)室的真空度為2*102pa?~1*104pa；通入氧氣的流速為100?ml/min?~1000?ml/min；所述鎵源為三甲基鎵或者三乙基鎵，所述鋅源為二乙基鋅；通入所述鎵源的管路的載氣流速為1?ml/min~20?ml/min，通入所述鋅源的管路的載氣流速為1?ml/min?~20?ml/min；生長(zhǎng)的時(shí)間為1min~60min；

19、生長(zhǎng)所述第二摻雜鋅的氧化鎵薄膜時(shí)，生長(zhǎng)的溫度范圍為500℃~800℃，生長(zhǎng)室的真空度為2*102pa?~1*104pa；通入氧氣的流速為100?ml/min?~1000?ml/min；所述鎵源為三甲基鎵或者三乙基鎵，所述鋅源為二乙基鋅；通入所述鎵源的管路的載氣流速為1?ml/min~20?ml/min，通入所述鋅源的管路的載氣流速為1?ml/min?~20?ml/min；生長(zhǎng)的時(shí)間為0.5h~5h；

20、降至室溫的降溫速率為0.1℃/min~50℃/min；

21、所述步驟s2中，通入氣體進(jìn)行退火處理，所述其他選自氧氣、氮?dú)饣驓鍤庵械囊环N或多種，通入所述氣體的流速為10?sccm?~100?sccm，所述退火處理的溫度范圍為500℃~1200℃，退火的時(shí)間范圍為10~300?min；

22、所述步驟s3中，所述磁控濺射生長(zhǎng)的過(guò)程中，生長(zhǎng)腔的壓力為0.1?pa?~1?pa，濺射功率為50?w?~120?w，濺射時(shí)間為10?min?~30?min；濺射的ar氣流量為10?sccm?~40?sccm。

23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明創(chuàng)造能夠取得如下有益效果：

24、本發(fā)明創(chuàng)造所述的復(fù)合薄膜紫外探測(cè)器及其制備方法，制得的復(fù)合薄膜具有氧化鎵和鎵酸鋅兩相結(jié)構(gòu)，且兩相結(jié)構(gòu)的異質(zhì)界面可以調(diào)節(jié)光生載流子的輸運(yùn)過(guò)程，使得器件具有高的綜合性能；整體制備工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)過(guò)程容易控制。

技術(shù)特征：

1.一種復(fù)合薄膜紫外探測(cè)器，其特征在于：所述復(fù)合薄膜紫外探測(cè)器從下自上依次包括襯底，生長(zhǎng)在襯底上的復(fù)合薄膜，生長(zhǎng)在所述復(fù)合薄膜上的金屬電極；所述金屬電極為叉指結(jié)構(gòu)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合薄膜紫外探測(cè)器，其特征在于：所述復(fù)合薄膜紫外探測(cè)器還包括生長(zhǎng)在所述金屬電極上的in電極；所述襯底為c-al2o3。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合薄膜紫外探測(cè)器，其特征在于：所述氧化鎵的擇優(yōu)生長(zhǎng)晶向?yàn)閇-201]。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合薄膜紫外探測(cè)器，其特征在于：所述鎵酸鋅的擇優(yōu)生長(zhǎng)晶向?yàn)閇111]。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合薄膜紫外探測(cè)器，其特征在于：所述金屬電極中的金屬選自au、ag、pt、al、ti、ni或cr中的任意一種。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合薄膜紫外探測(cè)器，其特征在于：所述金屬電極的厚度范圍為10nm~50nm；所述復(fù)合薄膜的厚度范圍為50nm~1000nm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合薄膜紫外探測(cè)器，其特征在于：所述叉指結(jié)構(gòu)的指間距范圍為2μm~10μm，所述叉指結(jié)構(gòu)的叉指的對(duì)數(shù)范圍為10對(duì)~25對(duì)，所述叉指結(jié)構(gòu)的叉指的長(zhǎng)度范圍為0.5mm~2mm，所述叉指結(jié)構(gòu)的叉指的寬度范圍為2μm~10μm。

8.一種根據(jù)權(quán)利要求1～7任意一項(xiàng)所述的復(fù)合薄膜紫外探測(cè)器的制備方法，其特征在于：所述制備方法包括如下步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的復(fù)合薄膜紫外探測(cè)器的制備方法，其特征在于：所述制備方法還包括步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的復(fù)合薄膜紫外探測(cè)器的制備方法，其特征在于：所述步驟s1中，生長(zhǎng)所述氧化鎵薄膜時(shí)，生長(zhǎng)的溫度范圍為500℃~800℃，生長(zhǎng)室的真空度為2*102?pa~1*104?pa；通入氧氣的流速為100?ml/min?~1000?ml/min；所述鎵源為三甲基鎵或者三乙基鎵，通入所述鎵源的管路的載氣流速為1?ml/min?~20?ml/min；生長(zhǎng)的時(shí)間為1min~60min；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電探測(cè)器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)合薄膜紫外探測(cè)器及其制備方法，從下自上依次包括襯底，生長(zhǎng)在襯底上的復(fù)合薄膜，生長(zhǎng)在所述復(fù)合薄膜上的金屬電極；所述金屬電極為叉指結(jié)構(gòu)；所述復(fù)合薄膜包括氧化鎵和鎵酸鋅；所述氧化鎵和所述鎵酸鋅之間的界面分布隨機(jī)無(wú)序；所述復(fù)合薄膜通過(guò)先制備兩個(gè)不同的摻雜鋅的氧化鎵薄膜得到；制得的復(fù)合薄膜具有氧化鎵和鎵酸鋅兩相結(jié)構(gòu)，且兩相結(jié)構(gòu)的異質(zhì)界面可以調(diào)節(jié)光生載流子的輸運(yùn)過(guò)程，使得器件具有高的綜合性能；整體制備工藝簡(jiǎn)單，反應(yīng)過(guò)程容易控制。

技術(shù)研發(fā)人員：陳星,劉可為,申德振
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21