3D结构金刚石日盲紫外探测器及其利用铁催化氢等离子体刻蚀的制备方法技术

3D结构金刚石日盲紫外探测器及其利用铁催化氢等离子体刻蚀的制备方法，本发明专利技术属于金刚石紫外探测器技术领域，它为了解决现有日盲紫外探测器的探测性能较低的问题。制备方法：一、超声清洗金刚石；二、在金刚石表面镀制金属铁叉指电极；三、对镀制有铁叉指电极的金刚石进行氢等离子体刻蚀处理；四、用稀盐酸溶解金刚石褶皱表面的铁；五、利用磁控溅射在金刚石表面镀制金属电极层；六、将带有金属叉指电极的金刚石表面的金属擦除，在凹槽中的形成3D金属电极。本发明专利技术3D结构金刚石日盲紫外探测器的电场能够分布在更纵深的位置，3D结构较平面结构在更深位置处的光生电子和光生空穴能够在电场作用下有效分离，从而提升探测性能。

【技术实现步骤摘要】
3D结构金刚石日盲紫外探测器及其利用铁催化氢等离子体刻蚀的制备方法
本专利技术属于金刚石紫外探测器
，具体涉及一种3D结构金刚石日盲紫外探测器及其制备方法。
技术介绍
光导型金刚石紫外探测器一般使用金属或者碳电极收集由光电效应产生的载流子。通常，使用两种探测结构：(i)在金刚石片一侧表面沉积金属电极的平面探测结构，和(ii)金刚石片两面都沉积电极的金属-金刚石-金属夹层结构，平面电极通常采用间隙约几十微米的叉指电极结构。在传统平面电极结构中，靠近金刚石表面以下的紫外光穿透深度范围内的光生载流子在电场作用下漂移到电极。然而，平面电极在金刚石体内的电场E很不均匀，在表面达到最大值，在一定的深度下，电场比较微弱，不足以收集穿透深度内的光生载流子。而且金刚石表面存在各种缺陷，特别是由抛光引起的缺陷(抛光引起的缺陷层的深度可达到大约1微米)。光生载流子很容易被金刚石表面缺陷俘获，这也是金刚石紫外探测器收集效率小于100％的原因之一。因此，想办法使得电场能够深入到金刚石体内是提升光生载流子收集效率的有效解决方案。考虑到紫外光在金刚石体内的穿透深度以及传统平面电极不能提供足够的场强去收集光生载流子的结构设计缺陷，所以需要研发一种提升光生载流子收集效率的新型金刚石日盲紫外探测器。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有日盲紫外探测器电场分布不均匀，探测器的探测性能较低的问题，而提供一种3D结构金刚石日盲紫外探测器及其利用铁催化氢等离子体刻蚀的制备方法。本专利技术3D结构金刚石日盲紫外探测器是通过铁催化氢等离子体在金刚石表面刻蚀形成叉指电极凹槽，在叉指电极凹槽中通过磁控溅射电极材料，形成金属叉指电极。本专利技术铁催化氢等离子体刻蚀制备3D结构金刚石日盲紫外探测器的方法按照下列步骤实现：一、清洗：将金刚石试样依次使用丙酮、去离子水、无水乙醇进行超声清洗，得到清洗后的金刚石；二、掩膜板镀铁：将金属掩膜板放置于清洗后的金刚石表面，采用电阻热蒸发镀制金属铁叉指电极，去掉掩膜板，得到镀制有铁叉指电极的金刚石；三、刻蚀：将镀制有铁叉指电极的金刚石置于微波等离子体化学气相沉积设备中进行氢等离子体刻蚀处理，控制氢气流量为300～400sccm、气压13～15kPa、微波功率为2500～3500W，得到刻蚀后的金刚石；四、去除铁：将刻蚀后分散在金刚石褶皱表面的铁用稀盐酸溶解，得到除铁后的金刚石；五、磁控溅射镀金：利用磁控溅射在除铁后的金刚石表面镀制金属电极层，得到带有金属叉指电极的金刚石；六、使用机械方法将带有金属叉指电极的金刚石表面的金属擦除，在刻蚀凹槽中形成3D金属电极，完成3D结构金刚石日盲紫外探测器的制备。本专利技术3D结构金刚石日盲紫外探测器与平面电极结构相比，电场能够分布在更纵深的位置，3D结构较平面结构在更深位置处的光生电子和光生空穴能够在电场作用下有效分离，被电极收集，从而提升探测性能。本专利技术3D结构金刚石日盲紫外探测器及其利用铁催化氢等离子体刻蚀的制备方法具有以下优点：1、金刚石内部空间利用率提高；2、电场强度更均匀；3、降低表面缺陷影响；4、收集内部光生载流子以提高探测器响应度。附图说明图1为本专利技术3D结构金刚石日盲紫外探测器载流子收集原理图；图2为刻蚀后的金刚石扫描电镜图；图3为图2中A区域的扫描电镜图；图4为图2中B区域的扫描电镜图；图5为本专利技术3D结构金刚石日盲紫外探测器的光电流及暗电流特性测试图；图6为本专利技术3D结构金刚石日盲紫外探测器的时间响应测试图。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式3D结构金刚石日盲紫外探测器是通过铁催化氢等离子体在金刚石表面刻蚀形成叉指电极凹槽，在叉指电极凹槽中通过磁控溅射电极材料，形成金属叉指电极。具体实施方式二：本实施方式铁催化氢等离子体刻蚀制备3D结构金刚石日盲紫外探测器的方法按照下列步骤实施：一、清洗：将金刚石试样依次使用丙酮、去离子水、无水乙醇进行超声清洗，得到清洗后的金刚石；二、掩膜板镀铁：将金属掩膜板放置于清洗后的金刚石表面，采用电阻热蒸发镀制金属铁叉指电极，去掉掩膜板，得到镀制有铁叉指电极的金刚石；三、刻蚀：将镀制有铁叉指电极的金刚石置于微波等离子体化学气相沉积设备中进行氢等离子体刻蚀处理，控制氢气流量为300～400sccm、气压13～15kPa、微波功率为2500～3500W，得到刻蚀后的金刚石；四、去除铁：将刻蚀后分散在金刚石褶皱表面的铁用稀盐酸溶解，得到除铁后的金刚石；五、磁控溅射镀金：利用磁控溅射在除铁后的金刚石表面镀制金属电极层，得到带有金属叉指电极的金刚石；六、使用机械方法将带有金属叉指电极的金刚石表面的金属擦除，在刻蚀凹槽中形成3D金属电极，完成3D结构金刚石日盲紫外探测器的制备。本实施方式利用Fe催化氢等离子体刻蚀金刚石的方法，在金刚石表面制备叉指状3D电极结构，该方法制备的日盲紫外探测器电场分布更均匀，同时提高了探测器的响应度。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是步骤一所述的超声清洗时间为10～30min。具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二或三不同的是步骤二采用电阻热蒸发镀制厚度为50nm～300nm金属铁叉指电极。具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式二至四之一不同的是步骤三刻蚀的时间为3～5h。具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式二至五之一不同的是步骤三控制氢气流量为300～350sccm、气压130～140mBar、微波功率为3000～3500W。具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式二至六之一不同的是步骤四所述的稀盐酸的质量分数为15％。具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式二至七之一不同的是步骤五所述的金属电极的材质为金。具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式八不同的是步骤五磁控溅射金电极层的工艺为：氢气流量20sccm、功率50W和镀膜气压为0.5Pa。实施例：本实施例铁催化氢等离子体刻蚀制备3D结构金刚石日盲紫外探测器的方法按照下列步骤实施：一、清洗：利用超声波清洗器，将尺寸为3*3*0.3mmCVD金刚石依次使用丙酮、去离子水、无水乙醇各超声清洗15min，去除表面污渍，得到清洗后的金刚石；二、掩膜板镀铁：将金属掩膜板放置于清洗后的金刚石表面，采用电阻热蒸发镀制50nm厚度的金属铁叉指电极，去掉掩膜板，得到镀制有铁叉指电极的金刚石；三、刻蚀：将镀制有铁叉指电极的金刚石置于微波等离子体化学气相沉积设备(5kW,2.45GHz，PLASSYS)中进行氢等离子体刻蚀处理，控制氢气流量为300sccm、气压136mBar、微波功率为3500W，刻蚀时间3h，得到刻蚀后的金刚石，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.3D结构金刚石日盲紫外探测器，其特征在于该3D结构金刚石日盲紫外探测器是通过铁催化氢等离子体在金刚石表面刻蚀形成叉指电极凹槽，在叉指电极凹槽中通过磁控溅射电极材料，形成金属叉指电极。/n

【技术特征摘要】
1.3D结构金刚石日盲紫外探测器，其特征在于该3D结构金刚石日盲紫外探测器是通过铁催化氢等离子体在金刚石表面刻蚀形成叉指电极凹槽，在叉指电极凹槽中通过磁控溅射电极材料，形成金属叉指电极。


2.铁催化氢等离子体刻蚀制备3D结构金刚石日盲紫外探测器的方法，其特征在于该制备方法按照以下步骤实现：
一、清洗：将金刚石试样依次使用丙酮、去离子水、无水乙醇进行超声清洗，得到清洗后的金刚石；
二、掩膜板镀铁：将金属掩膜板放置于清洗后的金刚石表面，采用电阻热蒸发镀制金属铁叉指电极，去掉掩膜板，得到镀制有铁叉指电极的金刚石；
三、刻蚀：将镀制有铁叉指电极的金刚石置于微波等离子体化学气相沉积设备中进行氢等离子体刻蚀处理，控制氢气流量为300～400sccm、气压13～15kPa、微波功率为2500～3500W，得到刻蚀后的金刚石；
四、去除铁：将刻蚀后分散在金刚石褶皱表面的铁用稀盐酸溶解，得到除铁后的金刚石；
五、磁控溅射镀金：利用磁控溅射在除铁后的金刚石表面镀制金属电极层，得到带有金属叉指电极的金刚石；
六、使用机械方法将带有金属叉指电极的金刚石表面的金属擦除，在刻蚀凹槽中形成3D金属电极，完成3D结构金刚石日盲紫外探测器的制备。


3.根据权利要求2所述的铁催化氢等离子体刻蚀制...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘康，张晓晖，朱嘉琦，代兵，张森，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23