一種高光譜選擇性和高靈敏度紫外探測器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種紫外探測器，具體是指一種高光譜選擇性和高靈敏度紫外探測器及其制備方法。
技術(shù)背景
[0002]由于高壓線電暈、宇宙空間、導彈羽煙和火焰等都含有紫外輻射，使得紫外探測技術(shù)被應用于軍事、科研、航空航天、通信電子等許多領(lǐng)域。目前，寬禁帶半導體紫外探測器是紫外探測器的主要研究方向，尤其是日盲段紫外探測器，具有體積小、功耗小、無需低溫冷卻和虛警率低的優(yōu)點，并可以通過調(diào)節(jié)材料組分改變響應的波長范圍。
[0003]光譜選擇性和靈敏度是紫外探測器的重要性能指標。探測器往往會對大于其禁帶寬度的光譜范圍都有響應，探測器的光譜選擇性較差，例如對于氮化鎵半導體材料，對于入射光波長小于365nm的入射光都有響應。而在很多情況下，需要對某一特定波長或波段的光譜進行探測，這時候就需要光電探測器具有很高的光譜選擇性。另外，在惡劣的環(huán)境下，一些弱光信號很難被探測器檢測到。因此，提高探測器的靈敏度也是研究紫外探測器的重要方向。
[0004]為了實現(xiàn)探測器的高光譜選擇性和高靈敏度，通常需要在探測器上加濾波器和信號放大器，這些附件一般體積大，易碎價格貴，增加了探測器的復雜程度和制造成本，也使得探測器的適用范圍大為縮小。本發(fā)明設計的基于i3_Ga203/SiC薄膜的紫外探測器不僅可以檢測特定波長的光譜，還可以探測弱光信號，實現(xiàn)探測器的高光譜選擇性和高靈敏度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種靈敏度高、穩(wěn)定性好、響應時間短、探測能力強以及光譜選擇性高的基于i5_Ga203/SiC薄膜的紫外探測器及其制備方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0007]—種高光譜選擇性和高靈敏度紫外探測器，其特征在于由P-Ga2O3薄膜、η型4H_SiC襯底以及Ti/Au薄膜電極組成。
[0008]如圖1所示為本發(fā)明設計的高光譜選擇性和高靈敏度紫外探測器示意圖，所述的高光譜選擇性和高靈敏度紫外探測器，其特征在于所述的P-Ga2O3薄膜厚度為200-300nm，所述的η型4H-SiC襯底作為制備0-Ga2O3薄膜的襯底，所述的Ti/Au薄膜電極的位于Ga203薄膜和η型4H-SiC襯底表面，Ti薄膜電極厚度為20-40nm，Au薄膜電極厚度為80-100nmo
[0009]—種高光譜選擇性和高靈敏度紫外探測器的制備方法，其特征在于該方法具有如下步驟:
[0010]l)n型4H-SiC襯底預處理:將η型4H-SiC襯底放入V(HF):V(H202) = 1:5的溶液中浸泡以去除自然氧化層，然后用丙酮、乙醇和去離子水分別超聲清洗，并真空干燥；
[0011]2)放置靶材和襯底:把Ga2O3靶材放置在激光分子束外延系統(tǒng)的靶臺位置，將步驟I)處理后的η型4H-SiC襯底固定在樣品托上，放進真空腔；
[0012]3)i3_Ga203薄膜沉積過程:先將腔體抽真空，通入氧氣，調(diào)整真空腔內(nèi)的壓強，加熱η型4H-SiC襯底，生長P-Ga2O3薄膜，待薄膜生長完畢，繼續(xù)通入氧氣，調(diào)整真空腔內(nèi)的壓強，對所得0-Ga2O3薄膜進行原位退火;其中，Ga203革El材與η型4H-SiC襯底的距離設定為5厘米，抽真空后腔體壓強為I X 10—6Pa,加熱η型4H-SiC襯底時腔體壓強為I X 10—3Pa J-Ga2O3薄膜進行原位退火時腔體壓強為l_2Pa，激光能量為200mJ/cm2，激光脈沖頻率為IHz，激光的波長為248nm，n型4H-SiC襯底的加熱溫度為700-800°C A-Ga2O3薄膜的退火溫度為700-800°C，退火時間為1-2小時；
[0013]4)器件電極的制備:利用掩膜版并通過射頻磁控濺射技術(shù)在Ga2O3薄膜和η型4H-SiC襯底上面沉積一層Ti/Au薄膜作為測量電極。
[0014]優(yōu)選的，所述的步驟3)中，11型4^1(:襯底的加熱溫度為700_750°CJ-Ga2O3薄膜的退火溫度為700-750°C，退火時間為1-2小時。
[0015]優(yōu)選的，所述的步驟4)中，Ti/Au薄膜在氬氣氛圍下退火10分鐘，退火溫度為200Γ。
[0016]對構(gòu)建的一種高光譜選擇性和高靈敏度紫外探測器進行光電性能測試是將探針點在電極兩端，電極之間加電壓-5伏特，測得紫外探測器的Ι-t特性曲線，通過控制紫外光(254nm和365nm)照射的開關(guān)發(fā)現(xiàn)探測器只對254nm之外光譜有響應。另外，在不同強度的光照下，發(fā)現(xiàn)探測器的光電流呈線性變化，而且能接收到低于120yW/cm2的所有弱光強信號。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點:
[0018]1、本發(fā)明方法所制備的紫外探測器，對特定波長的紫外光譜具有高度選擇性和高靈敏度，可應用于特定波長光譜的鑒定及其光強的檢測；
[0019]2、本發(fā)明方法采用微納米加工技術(shù)制備的紫外探測器具有工藝可控性強，操作簡單，普適性好，且重復測試具有可恢復性等特點，具有很大的應用前景。
[0020]3、本發(fā)明方法所制備的紫外探測器性能穩(wěn)定，反應靈敏，暗電流小，可應用于火災報警、高壓線電暈等探測；
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明方法設計的高光譜選擇性和高靈敏度紫外探測器的示意圖。
[0022]圖2是用本發(fā)明方法制得的P-Ga2O3薄膜的X射線衍射(XRD)譜圖。
[0023]圖3是用本發(fā)明方法測得高光譜選擇性和高靈敏度紫外探測器的電極電壓為2V的V-1曲線圖。
[0024]圖4是用本發(fā)明方法測得高光譜選擇性和高靈敏度紫外探測器的電極電壓為-5V的1-t曲線圖。
[0025]圖5是用本發(fā)明方法制得的高光譜選擇性和高靈敏度紫外探測器電極電壓為-3V的V-1曲線圖。
[0026]圖6是用本發(fā)明方法制得的高光譜選擇性和高靈敏度紫外探測器電極電壓為-3V的光電流-光強曲線圖。
【具體實施方式】
[0027]以下結(jié)合實例進一步說明本發(fā)明。
[0028]實施例1
[0029]步驟如下:
[0030]1)11型4^丨(:襯底預處理:將11型4!1-3丨(:襯底放入￥(冊):￥(!1202) = 1:5的溶液中浸泡以去除自然氧化層，然后用丙酮、乙醇和去離子水分別超聲清洗，并真空干燥；
[0031 ] 2)放置靶材和襯底:把Ga2O3靶材放置在激光分子束外延系統(tǒng)的靶臺位置，將步驟I)處理后的η型4H-SiC襯底固定在樣品托上，放進真空腔；
[0032]3)i3_Ga203薄膜沉積過程:先將腔體抽真空，通入氧氣，調(diào)整真空腔內(nèi)的壓強，加熱η型4H-SiC襯底，生長P-Ga2O3薄膜，待薄膜生長完畢，繼續(xù)通入氧氣，調(diào)整真空腔內(nèi)的壓強，對所得0-Ga2O3薄膜進行原位退火;其中，Ga203革El材與η型4H-SiC襯底的距離設定為5厘米，抽真空后腔體壓強為I X 10—6Pa,加熱η型4H-SiC襯底時腔體壓強為I X 10—3Pa J-Ga2O3薄膜進行原位退火時腔體壓強為IPa，激光能量為200mJ/cm2，激光脈沖頻率為IHz，激光的波長為248nm，n型4H-SiC襯底的加熱溫度為750°C A-Ga2O3薄膜的退火溫度為750°C，退火時間為I小時。
[0033]4)器件電極的制備:利用掩膜版并通過射頻磁控濺射技術(shù)在Ga2O3薄膜和η型4H-SiC襯底上面沉積一層Ti/Au薄膜作為測量電極。
[0034]將步驟3)中所得薄膜在X射線衍射儀中掃描，結(jié)果如圖2中XRD譜圖所示，顯示了β-Ga2O3的(-201)，(-402)和(-603)特征晶面衍射峰，表明所得薄膜為沿著(-201)晶面外延生長的高質(zhì)量P-Ga2O3薄膜。
[0035]在高光譜選擇性和高靈敏度紫外探測器的電極兩端施加電壓進行光電性能測量，測量示意圖如圖1。當外加電壓為2伏特并在254nm和365nm紫外光的照射下，發(fā)現(xiàn)紫外光響應電流明顯增大，在黑暗條件下的V-1曲線顯示了明顯的整流效應，整流比達到2000(如圖
3)。圖4中的1-t曲線是在-5伏特的電壓下測量的，發(fā)現(xiàn)控制紫外燈開關(guān)，電流瞬時發(fā)生變化，并且探測器對波長為254nm的光譜具有高度選擇性，對波長為365nm的光譜以及黑暗條件下均沒有響應。圖5為外加電壓為-3伏特并在254nm不同光強的紫外光照射下的V-1曲線，發(fā)現(xiàn)探測器能接收到低于120yW/cm2的所有弱光強信號，表明探測器具有高靈敏度。圖6的光電流-光強曲線顯示了在254nm的光譜照射下光電流與光強呈線性變化，因此，該探測器可以應用于特定波長照射下光強大小的檢測。
[0036]實施例2
[0037]步驟(1)、(2)和(4)均與實施例1相同。步驟(3)中先將腔體抽真空，通入氧氣，調(diào)整真空腔內(nèi)的壓強，加熱η型4H-SiC襯底，生長P-Ga2O3薄膜，待薄膜生長完畢，繼續(xù)通入氧氣，調(diào)整真空腔內(nèi)的壓強，對所得FGa2O3薄膜進行原位退火;其中，Ga2O3靶材與η型4H-SiC襯底的距離設定為5厘米，抽真空后腔體壓強為I X 10—6Pa，加熱η型4H-SiC襯底時腔體壓強為I X10—3Pa，F(xiàn)Ga2O3薄膜進行原位退火時腔體壓強為IPa，激光能量為200mJ/cm2，激光脈沖頻率為1Hz，激光的波長為248nm，n型4H-SiC襯底的加熱溫度為700°C，i3_Ga203薄膜的退火溫度為700°C，退火時間為I小時。
[0038]所得P-Ga2O3薄膜的化學成分和結(jié)構(gòu)均與實例I類似。在高光譜選擇性