一种紫外探测器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种紫外探测器及其制备方法，该紫外探测器的制备方法包括清洗钛片、电化学腐蚀钛片预处理、生长p型GaN纳米阵列、电化学腐蚀制备TiO

A UV detector and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种紫外探测器及其制备方法
本专利技术涉及光电探测
，具体涉及一种紫外探测器及其制备方法。
技术介绍
紫外探测器是将一种形式的电磁辐射信号转换成另一种易被接收处理信号形式的传感器，光电探测器利用光电效应，把光学辐射转化成电学信号。其在如军事弹导导弹，宇宙探索，环境检测，视频成像，安全消防等，紫外探测器有着极为重要的作用。作为宽禁带半导体材料的代表，氮化镓(GaN)材料因为其合适的禁带宽度(3.4eV)，成熟的外延技术、稳定的物化性质等使其在紫外探测器上有着无与伦比的优势。微米及纳米尺度材料的出现，为提高GaN的内量子效率和外量子效率提供新的契机。GaN微米线阵列凭借其大的比表面积，更好的结晶质量得到人们的关注。二氧化钛(TiO2)作为直接宽禁带半导体材料(3.2eV)，具有极好的紫外探测性能，其光电流增益高，加上其简易的制备方法、稳定的物化性质、优异的光电性能，在近年来已经成为紫光探测领域的热门材料，但当前大多数TiO2都是层状结构，比表面积过低导致探测效率不高，从而造成紫外探测效果不理想。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种高比表面积、含有GaN/TiO2异质结的紫外探测器的制备方法，其先通过电化学腐蚀抛光得到光洁的钛基板，后在光洁的钛基板上生长GaN纳米线，通过化学腐蚀以在GaN纳米线的底部原位生成TiO2，从而形成p-GaN/TiO2异质结，内建电场以对光生电子/空穴的快速分离，从而实现对紫外光的高效探测效率。本专利技术的目的之二在于提供该制备方法获得的紫外探测器。本专利技术的目的之一采用如下技术方案实现：一种紫外探测器的制备方法，包括以下步骤：1)清洗钛片：超声清洗钛片；2)钛片预处理：使用含氟化氨的电化学腐蚀液对清洗后的钛片进行电化学腐蚀，清洗，干燥，用胶带撕除表面物质；3)生长p型GaN纳米阵列：以Mg作为p型掺杂源、采用MBE法在步骤2)处理后的钛片表面生长p型GaN纳米阵列，得到带有p型GaN纳米线的钛片；4)制备TiO2层：将带有p型GaN纳米线的钛片使用含氟化氨的电化学腐蚀液进行电化学腐蚀，清洗、烘干；5)蒸镀电极：在p型GaN纳米线的顶端依次蒸镀半导体膜和金属电极。即本专利技术通过电化学腐蚀抛光的方法，使钛片表面形成TiO2颗粒后，通过胶带粘除，从而有效提高p型GaN纳米线对钛片表面的附着性、成型规整的p型纳米线；并且在带有p型钠米线的钛片上采用电化学腐蚀以原位形成疏松的TiO2层，结合p型纳米线的高比表面积，形成GaN/TiO2异质结电场，从而可以实现光生电子/空穴的快速分离，从而实现对紫外光的高效探测，使紫外探测器具有响应时间快、自驱动、高比表面积等优点。进一步地，步骤1)中，依次采用丙醇、异丙醇和超纯水超声清洗钛片。通过采用极性依次增强的溶液进行洗涤，以提高对钛片表面有机和无机污物的洗去效率。进一步地，步骤2)中，电化学腐蚀采用的电化学腐蚀液为含有0.2-0.4wt％的乙二醇水溶液，其中，水占乙二醇水溶液的2-8vt％。步骤2)的电化学腐蚀相当于电化学炮抛光，通过腐蚀性较弱的电化学溶液进行腐蚀后，再通过胶带粘除表面的TiO2，从而形成平整、光滑的钛片基面。进一步地，步骤4)中，电化学腐蚀所采用的电化学腐蚀液与步骤2)相同。即步骤4)是在带有p型GaN纳米线的钛片表面原位生成一层TiO2，该经电化学腐蚀形成的TiO2质地疏松，具有较大的比容，与具有高比表面积的p型GaN纳米线。该组成的电化学腐蚀液的腐蚀速率可控，能够形成相对平整的TiO2层。进一步地，步骤4)中，电化学腐蚀的电压为60-70V，腐蚀时间为5-7h。该腐蚀液组成和电压、腐蚀时间下，可形成较适中的TiO2层厚度，TiO2层厚度优选为40-60μm。进一步地，步骤3)中，MBE法参数为：衬底温度为600-900℃、Ga源温度为800-900℃、Mg源温度为300-500℃。更优选地，衬底温度为750-900℃、Ga源温度为800-900℃、Mg源温度为350-500℃。纳米线的直径大小与衬底温度有关，其生长高度与生长时间相对应。进一步进，步骤3)中，MBE法参数为：N2流量为2-5sccm，氮等离子体功率为200-400W，生长时间为1-4h。为了得到较优的柱状纳米线结构，N2流量优选的为3-5sccm，即相对较高的V/III比。在N2流量低于1sccm，氮等离子体功率为100W，更易长出层状的GaN层。进一步地，步骤5)中，半导体膜为氧化铟锡膜，厚度为50-100nm。进一步地，步骤5)中，金属电极为钛层/铝层/钛层/金属复合电极，其厚度依次为10nm/20nm/50nm/100nm。本专利技术的目的之二采用如下技术方案实现：一种上述的制备方法得到的紫外探测器。相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供的紫外探测器，先通过对钛片表面进行清洗、电化学抛光后再生长p型纳米线，后进行电化学腐蚀在p型纳米线的底部原位得到疏松质地的TiO2，从而与具有较高比表面积的p型纳米线形成异质结，以产生内建电场，实现对光生电子/空穴的快速分离，从而实现对紫外光的高效探测，其得到的紫外探测器有响应时间快、自驱动、高比表面积等优点；本专利技术提供的紫外探测器，通过电化学腐蚀进行化学抛光，可能得到微米级的抛光，通过利用再利用电化学腐蚀在带有p型纳米线的钛片表面生成微米级的TiO2层，该工艺方法操作简单、便于施工，不影响产品的光电性能；可与p型纳米线形成高效的异质结，有效时提高响应速度。附图说明图1为实施例1的紫外探测器结构示意图；图2为实施例1的紫外探测器在无外加偏压、不同光功率条件下对325nm紫外光响应的电流-电压图；图3为实施例1的紫外探测器在无外加偏压、不同光功率条件下对325nm紫外光响应的电流-时间图；图中，各附图标记：301、钛片衬底；302、TiO2层；303、p型GaN纳米线；304、氧化铟锡层；305、金属电极。具体实施方式下面，结合附图和具体实施方式，对本专利技术做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。以下是本专利技术具体的实施例，在下述实施例中所采用的原材料、设备等除特殊限定外均可以通过购买方式获得。一种紫外探测器的制备方法，包括以下步骤：1)清洗钛片：超声清洗钛片；2)钛片预处理：使用氟化氨对清洗后的钛片进行电化学腐蚀，清洗，干燥，用胶带撕除表面物质；3)生长p型GaN纳米阵列：以Mg作为p型掺杂源、采用MBE法在步骤2)处理后的钛片表面生长p型GaN纳米阵列，得到带有p型GaN纳米线的钛片；4)制备TiO2层：将带有p型GaN纳米线的钛片使用氟化氨的电化学腐蚀液进行电化学腐蚀，清洗、烘干；5)蒸镀电极：在p型GaN纳米线的顶端依次蒸镀半导体膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种紫外探测器的制备方法，包括以下步骤：/n1)清洗钛片：超声清洗钛片；/n2)钛片预处理：使用含氟化氨的电化学腐蚀液对清洗后的钛片进行电化学腐蚀，清洗，干燥，用胶带撕除表面物质；/n3)生长p型GaN纳米阵列：以Mg作为p型掺杂源、采用MBE法在步骤2)处理后的钛片表面生长p型GaN纳米阵列，得到带有p型GaN纳米线的钛片；/n4)制备TiO

【技术特征摘要】
1.一种紫外探测器的制备方法，包括以下步骤：
1)清洗钛片：超声清洗钛片；
2)钛片预处理：使用含氟化氨的电化学腐蚀液对清洗后的钛片进行电化学腐蚀，清洗，干燥，用胶带撕除表面物质；
3)生长p型GaN纳米阵列：以Mg作为p型掺杂源、采用MBE法在步骤2)处理后的钛片表面生长p型GaN纳米阵列，得到带有p型GaN纳米线的钛片；
4)制备TiO2层：将带有p型GaN纳米线的钛片使用含氟化氨的电化学腐蚀液进行电化学腐蚀，清洗、烘干；
5)蒸镀电极：在p型GaN纳米线的顶端依次蒸镀半导体膜和金属电极，得到紫外探测器。


2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，依次采用丙醇、异丙醇和超纯水超声清洗钛片。


3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，电化学腐蚀采用的电化学腐蚀液为含有0.2-0.4wt％氟化氨的乙二醇水溶液，其中，水占乙二醇水溶液的2-8vt％。


4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤4...

【专利技术属性】
技术研发人员：高芳亮，张柏林，李述体，刘青，罗幸君，孙一鸣，施江，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东;44