基于非晶氧化镓薄膜的日盲紫外光电探测器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了基于非晶氧化镓薄膜的日盲紫外光电探测器及其制备方法，属于光电探测器技术领域。该方法采用(0001)晶面的Al2O3作为衬底，并对衬底进行清洗；然后将清洗干净的衬底送入沉积室中，在衬底上应用射频磁控溅射技术生长氧化镓薄膜；最后在非晶氧化镓薄膜上用镂空的叉指掩膜板遮挡，采用直流磁控溅射方法在叉指掩膜板上溅射一层叉指金属电极，得到日盲紫外光电探测器，结构为MSM型三明治结构，从下到上分别是Al2O3衬底，非晶态氧化镓薄膜材料，Ti/Au叉指金属电极。本发明专利技术制造工艺简单，重复性好，暗电流小，稳定性高，响应速度快,紫外可见抑制比高，符合节能减排的理念，适宜进行大规模生产，具有广阔的发展前景。

Solar blind ultraviolet Photodetector Based on amorphous gallium oxide film and its preparation method

The invention discloses a solar blind ultraviolet Photodetector Based on amorphous gallium oxide film and a preparation method thereof, belonging to the technical field of photodetectors. In this method, Al2O3 with (0001) crystal plane is used as substrate, and the substrate is cleaned. Then the cleaned substrate is fed into the deposition chamber and the GaO thin film is grown on the substrate by RF magnetron sputtering. Finally, the hollowed interdigital mask is used to shield the amorphous GaO thin film and DC magnetron sputtering is applied to the fork. A solar-blind ultraviolet photodetector with MSM sandwich structure was fabricated by sputtering a layer of interdigital metal electrodes on the finger mask. It was composed of Al2O3 substrate, amorphous gallium oxide film material and Ti/Au interdigital metal electrode from bottom to top. The invention has the advantages of simple manufacturing process, good repeatability, small dark current, high stability, fast response speed, high UV-Vis inhibition ratio, conforming to the concept of energy saving and emission reduction, suitable for large-scale production, and has broad development prospects.

【技术实现步骤摘要】
基于非晶氧化镓薄膜的日盲紫外光电探测器及其制备方法
本专利技术属于光电探测器
，具体涉及一种基于非晶氧化镓薄膜的日盲紫外光电探测器的制备方法。
技术介绍
日盲紫外探测器是一种非常重要的光电传感器件，已经成为继红外和激光探测器技术之后的又一种重要的光电探测器，在军事、民用、科学研究和工业领域都有着较为广阔的应用。目前市场上使用较多的日盲紫外探测器主要有硅基紫外光电管和光电倍增管，制造技术已相当成熟，但是由于材料本身的限制，存在硬度低易碎，体积笨重，易老化，效率较低，价格昂贵等缺点。近年来，宽的禁带半导体材料，如SiC、GaN、AlGaN和金刚石，虽具有带隙宽，临界击穿电场高，热导率高等优点，然而这些材料的生产成本高，生长条件苛刻，不利于进行商业化生产。由于大气中臭氧层的存在，波长在200nm-280nm段的紫外光被臭氧层强烈的吸收，在地表几乎没有200nm-280nm的紫外光，因此，该波段的紫外光被称为“日盲紫外线”。氧化镓(Ga2O3)是镓的氧化物中最稳定的结构之一，是一种宽禁带半导体，禁带宽度为4.8～5.2eV，其对应的吸收波长约254nm，因此对可见光没有吸收，而在日盲紫外光部分具有很强的吸收能力。此外，它独特的光学、电学性能以及优异的化学稳定性和热稳定性，在日盲区独特的优良性能以及在不同的温度下和不同的气氛环境变化下其光电性能的特性，更是引起了人们的广泛关注。已报道的氧化镓基日盲紫外光电探测器，主要研究高温条件下生长高结晶质量的单晶氧化镓(β-Ga2O3)，然而对较低温度生长的氧化镓所知甚少，且生长氧化镓主流采用脉冲激光沉积技术，该技术对实验室的条件较为苛刻，普通实验室很难具备相应的条件，生长出来的单晶氧化镓尺寸较小，暗电流较大，响应速度较慢。
技术实现思路
本专利技术的为了解决上述现有高温结晶的氧化镓紫外探测器生长温度高、暗电流较大、紫外可见抑制比小、响应速度慢等缺点，提供一种基于非晶氧化镓薄膜的日盲紫外光电探测器及其制备方法。所述的基于非晶氧化镓薄膜的日盲紫外光电探测器的制备方法，具体步骤如下：步骤一：采用C面蓝宝石，即(0001)晶面的Al2O3作为衬底，并对衬底进行清洗；清洗过程如下：将衬底依次浸泡在15mL的丙酮、无水乙醇和去离子水中分别超声清洗15min，取出后用流动的去离子水冲洗，然后用干燥的N2气吹干，等待下一步使用；步骤二：将清洗干净的衬底送入沉积室中，在衬底上应用射频磁控溅射技术生长氧化镓薄膜；磁控溅射技术的具体参数如下：首先抽真空，抽真空后使腔体内的压强小于1×10-4Pa，工作气氛为Ar气和O2气，Ar：O2＝24sccm：4sccm，工作气压为2.0Pa，衬底温度为723K，溅射功率为60W，溅射时间为120min；得到的非晶氧化镓薄膜的厚度约200nm。步骤三：将步骤二中制备的非晶氧化镓薄膜上用镂空的叉指掩膜板遮挡，采用直流磁控溅射方法在叉指掩膜板上溅射一层叉指金属电极，得到本专利技术的日盲紫外光电探测器。所述叉指金属电极总厚度30nm，按从下往上的顺序：靠近氧化镓薄膜的为Ti层，厚度为10nm；Ti层上为Au层，厚度为20nm。叉指金属电极的指宽为200μm，指长为2800μm，各叉指的间距为200μm，光敏面积为2800μm×1200μm。所述的直流磁控溅射方法是在本底真空压强1×10-4Pa条件下，通入溅射气体为Ar气，溅射沉积室压强保持约为3Pa，衬底温度为室温，溅射功率为40W，溅射时间为30s，其中Ti层的溅射时间为10s，Au层的溅射时间为20s。通过本专利技术方法制备得到的日盲紫外光电探测器，结构为MSM(金属-半导体-金属)型三明治结构，从下到上分别是蓝宝石(Al2O3)衬底，非晶态氧化镓薄膜材料(～200nm)，Ti/Au叉指金属电极。本专利技术的优点在于：(1)本专利技术应用磁控溅射技术，生长非晶氧化镓薄膜只需723K，生长温度较低，并且生长出的薄膜质地均匀，生长的条件容易控制，重复性好，稳定性高，符合节能减排的理念，适宜进行大规模生产。(2)本专利技术所得的MSM结构的非晶氧化镓日盲紫外光电探测器响应度高，响应速度快，暗电流小，紫外可见抑制比高，制造工艺简单，所用材料容易获得，具有广阔的发展前景。附图说明图1为本专利技术方法制备的非晶氧化镓(GaOx)日盲紫外光电探测器结构示意图；图2为蓝宝石衬底，非晶氧化镓(GaOx)和β-Ga2O3的XRD衍射图；图3为本专利技术方法制备的非晶氧化镓日盲紫外光电探测器在无光照，相同的光照条件下365nm和254nm的I-V曲线；图4为本专利技术方法制备的非晶氧化镓日盲紫外光电探测器在5V偏压以及光功率密度为1mW/cm2的254nm和365nm光照下的I-T曲线；图5为本专利技术方法制备的非晶氧化镓日盲紫外光电探测器在5V偏压下的248nm激光照射下，使用示波器测试的I-T曲线的响应时间拟合图。具体实施方式下面通过具体实例和附图，对本专利技术进行进一步的说明。本专利技术为了解决现有高温结晶的氧化镓紫外探测器生长温度高、暗电流较大、紫外可见抑制比小、响应速度慢等缺点，提供一种基于非晶氧化镓薄膜的日盲紫外光电探测器及其制备方法，应用磁控溅射技术，可以在低温下生长出质地均匀的非晶氧化镓薄膜，生长的条件容易控制，重复性好，稳定性高，适宜进行大规模生产。实施例本实施例中，基于非晶氧化镓薄膜的日盲紫外光电探测器的制备方法，具体步骤如下：步骤一：选取一片C面蓝宝石为衬底，清洗过程如下：将衬底依次浸泡在约15mL的丙酮、无水乙醇、去离子水中分别超声清洗各15min，取出后用流动的去离子水冲洗，然后用干燥的N2气吹干，等待下一步使用；步骤二：将清洗干净的蓝宝石衬底送入沉积室中，在其上应用磁控溅射技术生长非晶态氧化镓薄膜；生长采用高纯的氧化镓靶材(～99.99％)，在低温条件下可以获得出纯净的非晶态氧化镓薄膜。磁控溅射技术具体参数如下：抽真空后使腔体内的压强小于1×10-4Pa，工作气氛为Ar气和O2气，Ar：O2＝6:1(24sccm：4Sccm)，工作气压为2.0Pa，衬底温度为723K，溅射功率为60W，溅射时间为120min，得到的非晶氧化镓薄膜的厚度约200nm。步骤三：把生长好的非晶氧化镓薄膜用叉指形掩模板遮挡，采用直流磁控溅射方法先后溅射厚度10nm的金属Ti层和厚度20nm的Au层，获得一个厚度约为30nm叉指形Ti/Au金属电极，其中叉指金属电极的指宽为200μm，指长2800μm，光敏面积为2800μm×1200μm；生长叉指电极的具体条件为：本底真空压强1×10-4Pa，通入溅射气体为Ar气，溅射沉积室压强保持约为3Pa，衬底温度为室温，溅射功率为40W，溅射时间为30s，其中Ti层的溅射时间为10s，Au层的溅射时间为20s。通过上述步骤制得的非晶氧化镓薄膜日盲紫外光电探测器如图1所示，在叉指电极两侧外加5V偏压，电流则从正电极流入，通过非晶氧化镓薄膜，从负电极流出，构成金属-半导体-金属(MSM)型日盲紫外光电探测器。如图2所示，三条曲线从下到上依次分别代表蓝宝石衬底，723K和1023K时氧化镓薄膜的XRD衍射图，由图可知当生长温度为723K时，薄膜并没有出现氧化镓对应的特征峰，表明氧化镓薄膜没有出现结晶，而当生长温度为1023K时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于非晶氧化镓薄膜的日盲紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤一：采用C面蓝宝石，即(0001)晶面的Al2O3作为衬底，并对衬底进行清洗；然后用干燥的N2气吹干，等待下一步使用；步骤二：将清洗干净的衬底送入沉积室中，在衬底上应用射频磁控溅射技术生长氧化镓薄膜；得到的非晶氧化镓薄膜的厚度为200nm；步骤三：将步骤二中制备的非晶氧化镓薄膜上用镂空的叉指掩膜板遮挡，采用直流磁控溅射方法在叉指掩膜板上溅射一层叉指金属电极，得到日盲紫外光电探测器；所述叉指金属电极总厚度30nm，按从下往上的顺序：靠近非晶氧化镓薄膜的为Ti层，厚度为10nm；Ti层上为Au层，厚度为20nm；叉指金属电极的指宽为200μm，指长为2800μm，各叉指的间距为200μm，光敏面积为2800μm×1200μm。

【技术特征摘要】
1.基于非晶氧化镓薄膜的日盲紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤一：采用C面蓝宝石，即(0001)晶面的Al2O3作为衬底，并对衬底进行清洗；然后用干燥的N2气吹干，等待下一步使用；步骤二：将清洗干净的衬底送入沉积室中，在衬底上应用射频磁控溅射技术生长氧化镓薄膜；得到的非晶氧化镓薄膜的厚度为200nm；步骤三：将步骤二中制备的非晶氧化镓薄膜上用镂空的叉指掩膜板遮挡，采用直流磁控溅射方法在叉指掩膜板上溅射一层叉指金属电极，得到日盲紫外光电探测器；所述叉指金属电极总厚度30nm，按从下往上的顺序：靠近非晶氧化镓薄膜的为Ti层，厚度为10nm；Ti层上为Au层，厚度为20nm；叉指金属电极的指宽为200μm，指长为2800μm，各叉指的间距为200μm，光敏面积为2800μm×1200μm。2.如权利要求1所述的基于非晶氧化镓薄膜的日盲紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，步骤一所述的清洗过程如下：将衬底依次浸泡在15mL的丙酮、无水乙醇和去离子水中分别超声清洗15min，取出后用流动的去离子水冲洗。3.如权利要求1所述的基于非晶氧化镓薄膜的日盲紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，步骤二所述的射频磁控溅射技术的具体参数如下：生长采用高纯的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴真平，王月晖，支钰崧，焦雷，张晓，陈政委，唐为华，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11