基于β-Ga2O3单晶毫米级薄片的日盲紫外探测器制造技术

本发明专利技术提供一种基于β‑Ga2O3单晶毫米级薄片的日盲紫外探测器，由β‑Ga2O3单晶毫米级薄片和电极构成欧姆接触，光吸收层为单晶的β‑Ga2O3毫米带，所述电极为钛、金、银、铂中的一种或多种材料构成。本发明专利技术还提出所述基于β‑Ga2O3单晶毫米级薄片的日盲紫外探测器的制备方法及应用。本发明专利技术提出了一种基于β‑Ga2O3单晶毫米级薄片的日盲紫外探测器，该探测器具有欧姆接触及较高响应度的特点。本发明专利技术通过机械剥离的方法获得β‑Ga2O3薄片层，采用磁控溅射方法生长Ti/Au电极，以形成日盲紫外探测器，制得的器件具有高光暗比、响应速度快等优点。

【技术实现步骤摘要】
基于β-Ga2O3单晶毫米级薄片的日盲紫外探测器
本专利技术属于光学
，具体涉及一种基于β-Ga2O3的日盲紫外探测器。
技术介绍
由于臭氧层的吸收，在地表几乎不存在波长为200-280nm的深紫外光，该波段的光被称为日盲紫外光，而针对该波段的信号探测被称为日盲紫外探测。由于不受太阳光背景的影响，日盲紫外光信号探测灵敏度极高，准确率极高，在军事及航天航空等方面有广泛的应用，紫外通信特别是日盲紫外通信俨然已经成为各国军事竞赛的重点目标。除了在日盲紫外通信中的应用之外，日盲紫外光电探测器还有其它方面的应用，如国防预警与跟踪、生命科学、高压线电晕、臭氧层检测、气体探测与分析，火焰传感等。目前市场上的紫外探测器为真空紫外探测器件，相比之，基于半导体材料的固态紫外探测器件由于体重小、功耗低、量子效率高、便于集成等特点，近年来逐渐成为科研人员的研究热点。日盲紫外探测器核心半导体材料的禁带宽度往往要大于4.4eV，目前研究比较多的材料集中在AlGaN、ZnMgO和金刚石上。但AlGaN由于其薄膜需要极高温生长并难以外延成膜，ZnMgO在单晶纤维锌矿的结构下很难保持超过4.5eV的带隙，金刚石具有固定的5.5eV的带隙，对应波长225nm，只占据日盲紫外波长的一小部分。而β-Ga2O3的禁带宽度约为4.9eV，对应波长253nm，且易于与Al2O3和In2O3形成连续固溶体实现其在日盲区的完全覆盖，是一种非常适合于制备日盲紫外光电探测器的氧化物半导体候选材料。而摸索易于制备、品质优良的β-Ga2O3日盲紫外探测器技术，是半导体材料领域面临的全新挑战和机遇。专利技术内容针对现有技术存在的不足之处，本专利技术的目的在于提供一种形成欧姆接触、可探测日盲区紫外光的基于β-Ga2O3单晶毫米级薄片的日盲紫外探测器。本专利技术的另一个目的是提出所述基于β-Ga2O3单晶毫米级薄片的日盲紫外探测器的制备方法。本专利技术的第三个目的是提出所述日盲紫外探测器的应用。实现本专利技术上述目的的技术方案为：一种基于β-Ga2O3单晶毫米级薄片的日盲紫外探测器，由β-Ga2O3单晶毫米级薄片和电极构成欧姆接触，光吸收层为单晶的β-Ga2O3毫米带，所述电极为钛、金、银、铂中的一种或多种材料构成。其中，所述β-Ga2O3单晶毫米级薄片的宽度范围为0.5～10mm，厚度范围为0.02～0.2mm。其中，所述电极为条状电极，电极的宽度范围为0.05～0.5mm，厚度范围为25～230nm。本专利技术的一种优选技术方案为，所述电极为钛金属层和金金属层构成；更优选地，钛金属层的厚度范围为5～30nm，金金属层的厚度范围为20～200nm。本专利技术所述基于β-Ga2O3单晶毫米级薄片的日盲紫外探测器的制备方法，包括步骤：(1)采用机械剥离法，用胶带将光学浮区法生长的β-Ga2O3单晶进行粘合剥离，转移到基片上，维持胶带粘在基片上10～50h后去除胶带；(2)用有机溶剂清洗步骤(1)所得β-Ga2O3薄片层，干燥；(3)将步骤(2)得到的β-Ga2O3薄片层用镂空的掩膜板遮挡，采用磁控溅射方法制备电极。基片需为绝缘材料。在此提供一种优选技术方案为：所述基片为载玻片、玻璃板、蓝宝石中的一种，控制胶带与基片之间没有气泡。胶带与载玻片之间不能留有气泡，否则得不到完整的β-Ga2O3薄片层。本专利技术的一种优选技术方案为，步骤(1)中，胶带在基片上粘好后，向粘胶带部位施加10～1500g/cm2的压力，维持10～50h。例如，将粘胶带的一面朝上水平放置，在胶带之上置一重物，重量范围为10～200g，保持水平。其中，步骤(2)中，所述有机溶剂为丙酮、乙醇、乙二醇、正己烷中的一种或多种，清洗的方式为：用有机溶剂浸润所述β-Ga2O3薄片层5～15分钟。更优选地，步骤(3)中，先后溅射钛金属层和金金属层，获得钛金属层和金金属层构成(Au/Ti)的条状电极，溅射工艺条件为：背底真空范围为1×10-5～5×10-4Pa，衬底温度为室温，工作气压范围为0.1～1.0Pa，溅射功率范围为20～80W。可选地，溅射工艺中，工作气氛为Ar气。钛金属层和金金属层的溅射时间取决于金属层的厚度，例如，Ti层的溅射时间为5～60s，Au层的溅射时间为20～200s。本专利技术所述日盲紫外探测器的应用，其特征在于，用于探测200-280nm波长的日盲紫外光。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提出了一种基于β-Ga2O3单晶毫米级薄片的日盲紫外探测器，该探测器具有欧姆接触及较高响应度的特点。本探测器技术为β-Ga2O3日盲紫外光电探测器的应用提供理论和技术支持。本专利技术通过机械剥离的方法获得β-Ga2O3薄片层，采用磁控溅射方法生长Ti/Au电极，以形成日盲紫外探测器，该器件具有高光暗比、响应速度快等特点。本专利技术中β-Ga2O3薄片层的制备采用机械剥离方法，并通过商业化的磁控溅射沉积Ti/Au金属层与β-Ga2O3形成欧姆接触。其制备方法易操作、成本低、重复性好，在未来的光电领域一定有巨大的应用前景。附图说明图1是用本专利技术方法制得的β-Ga2O3毫米级薄片日盲紫外探测器结构示意图；图2为黑暗情况下I-V曲线图；图3是用本专利技术方法制得的β-Ga2O3毫米级薄片日盲紫外探测器在黑暗及254nm下的I-V曲线对比图；图4是用本专利技术方法制得的β-Ga2O3毫米级薄片日盲紫外探测器在15V偏压及光强为400μW/cm2的254nm光照下的I-t曲线(3个循环)；图5是用本专利技术方法制得的β-Ga2O3毫米级薄片日盲紫外探测器在15V偏压及光强为400μW/cm2的254nm光照下的I-t曲线放大图及响应时间拟合。具体实施方式以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。实施例中，所用的β-Ga2O3单晶为光学浮区法制备。如无特殊说明，实施例中采用的手段均为本领域常规的技术手段。实施例1采用机械剥离法，使用胶带将光学浮区法制备的β-Ga2O3单晶进行粘合剥离，将粘有β-Ga2O3薄片层的胶带粘到洗净载玻片上，胶带与载玻片之间不能留有气泡，粘好后在胶带之上置一重物，约50g左右，保持载玻片水平。室温下放置24h后，用镊子将胶带轻轻撕掉，便得到了β-Ga2O3片层。通过显微观察可知，该β-Ga2O3片层长宽约2×5mm，厚度0.1mm。为除去胶带自带的胶印，可用丙酮对带有β-Ga2O3片层的净载玻片进行清洗，但是操作一定要小心，稍微浸润片刻(5分钟)即可，之后放置在真空干燥箱中干燥。将上述制备的β-Ga2O3片层用镂空的掩膜板遮挡，采用磁控溅射方法先后溅射金属Ti层(厚度约30nm)和Au层(厚度约70nm)，获得一个宽0.2mm的条状半透明Au/Ti电极。溅射工艺条件如下：背底真空为1×10-4Pa，衬底温度为室温，工作气氛为Ar气，工作气压为1.0Pa，溅射功率为45W，Ti层的溅射时间为1min，Au层的溅射时间为3min。经过上述实验过程即可制备得到β-Ga2O3日盲紫外探测器，其结构如图1所示。该β-Ga2O3/日盲紫外探测器在黑暗情况下表现出较明显的欧姆接触特性，如图2所示；本探测器在254nm紫外光照射下，依旧显示为欧姆接触，如图3所示。该β-Ga2O3日盲紫外探测器具有欧姆接触及较高的响应度的特点。图4给出了在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于β‑Ga2O3单晶毫米级薄片的日盲紫外探测器，其特征在于，由β‑Ga2O3单晶毫米级薄片和电极构成欧姆接触，光吸收层为单晶的β‑Ga2O3毫米带，所述电极为钛、金、银、铂中的一种或多种材料构成。

【技术特征摘要】
1.一种基于β-Ga2O3单晶毫米级薄片的日盲紫外探测器，其特征在于，由β-Ga2O3单晶毫米级薄片和电极构成欧姆接触，光吸收层为单晶的β-Ga2O3毫米带，所述电极为钛、金、银、铂中的一种或多种材料构成。2.根据权利要求1所述的基于β-Ga2O3单晶毫米级薄片的日盲紫外探测器，其特征在于，所述β-Ga2O3单晶毫米级薄片的宽度范围为0.5～10mm，厚度范围为0.02～0.2mm。3.根据权利要求1所述的基于β-Ga2O3单晶毫米级薄片的日盲紫外探测器，其特征在于，所述电极为条状电极，电极的宽度范围为0.05～0.5mm，厚度范围为25～230nm。4.根据权利要求1～3任一项所述的基于β-Ga2O3单晶毫米级薄片的日盲紫外探测器，其特征在于，所述电极为钛金属层和金金属层构成；优选地，钛金属层的厚度范围为5～30nm，金金属层的厚度范围为20～200nm。5.权利要求1～4任一项所述基于β-Ga2O3单晶毫米级薄片的日盲紫外探测器的制备方法，其特征在于，包括：(1)采用机械剥离法，用胶带将光学浮区法生长的β-Ga2O3单晶进行粘合剥离，转移到基片上，维持胶带粘在基片上10...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭道友，黄亚磊，李培刚，唐为华，
申请(专利权)人：北京镓族科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11