基于极性二维材料量子阱的pn型β-Ga2O3日盲深紫外光电探测器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于极性二维材料量子阱的pn型β

【技术实现步骤摘要】
基于极性二维材料量子阱的pn型
β
‑
Ga2O3日盲深紫外光电探测器


[0001]本专利技术属于半导体器件
，具体涉及一种日盲深紫外光电探测器，可用于火灾预警、目标识别和信息通讯。

技术介绍

[0002]β
‑
Ga2O3是一种新型的宽禁带半导体材料，具有～4.9eV的超宽带隙和优良的化学稳定性及热稳定性。其能够对日盲深紫外光产生光电响应特性，进而在火灾预警、目标识别、信息通讯等领域具有重要的应用潜力。同时氧化镓与其他材料相比具有许多天然优势，特别是在开发自驱动日盲深紫外光电探测器方面。由于固有的缺氧、氢掺杂、硅杂质等，氧化镓表现为n型半导体。因此，它可以与一些p型半导体材料构成自驱动日盲深紫外光电探测器的pn结。
[0003]氧化镍作为一种天然的p型氧化物半导体，拥有3.2
‑
3.8eV宽带隙、良好的化学稳定性、110meV较大的激子结合能、无毒性和高可见光透光率。利用氧化镓和氧化镍两种材料可以构建一种pn结型自驱动日盲深紫外光电探测器。如图1所示，其自下而上包括设衬底、n型氧化镓层、p型氧化镍层，在n型氧化镓层和p型氧化镍层上分别设有两块电极，构成p
‑
NiO/n
‑
Ga2O
3 pn结型日盲深紫外光电探测器，这种常规的p
‑
NiO/n
‑
Ga2O3pn结型可以实现自驱动，并具有快速响应等特征，但是由于其内部增益低，导致探测器的响应度低，从而制约了β
‑
Ga2O3日盲深紫外光电探测器的应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种基于极性二维材料量子阱的pn型β
‑
Ga2O3日盲深紫外光电探测器，以提高探测器的内部增益，扩大其应用。
[0005]实现本专利技术目的的技术方案如下：
[0006]1.一种基于极性二维材料量子阱的pn型β
‑
Ga2O3日盲深紫外光电探测器,自下而上包括衬底1、β
‑
Ga2O3层2、NiO层4，且NiO层4位于β
‑
Ga2O3层2一端，该NiO层4上设有电极5，β
‑
Ga2O3层2的另一端上设有电极6，其特征在于，在β
‑
Ga2O3层2与NiO层4之间插有多量子阱3，用于提高器件内部增益。
[0007]进一步，所述多量子阱3由两种单层具有自发极性的二维层状材料单层构成。
[0008]进一步，所述衬底1为蓝宝石衬底或SiO2/Si衬底。
[0009]进一步，所述电极5采用Au、Al和Ti/Au中的任意一种金属或合金，通过掩模版在NiO层4上淀积出电极，厚度为100nm。
[0010]2.一种制作上述光电探测器的方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0011]1)选用衬底并进行清洗吹干；
[0012]2)在清洗后的衬底上通过磁控溅射生长厚度为100nm
‑
200nm的β
‑
Ga2O3层；
[0013]3)重新选取n个衬底并清洗吹干，将预处理后衬底放置在生长室中，将In2Se3粉末
放置在石英管中作为前驱体，使用高纯度的氩气作为载气，分别在清洗后的n个衬底上通过物理气相沉积法生长单层α
‑
In2Se3，得到n个单层α
‑
In2Se3，n取4或5；
[0014]4)制备单层MoSSe：
[0015]4.1)再重新选取n
‑
1个衬底并清洗吹干，将清洗之后的衬底放入管式炉沉积区，使用纯度大于99.5％的硫粉和MoO3粉通过化学气相沉积法在n
‑
1个衬底上生长单层MoS2，得到n
‑
1个单层MoS2；
[0016]4.2)将生长有MoS2的样件置于石英管中，用H原子替代单层MoS2顶层的S原子，形成MoSH材料，再通过硒化将H原子替换为Se原子，得到n
‑
1个单层MoSSe；
[0017]5)搭建多量子阱结构：
[0018]5.1)取出所有制备在衬底上的单层MoSSe以及单层α
‑
In2Se3，使用湿法刻蚀去除衬底；
[0019]5.2)使用聚合物聚二甲基硅氧烷PDMS和聚甲基丙烯酸甲酯PMMA转印的方式将步骤5.1)中一个去除衬底的α
‑
In2Se3层转移到β
‑
Ga2O3层的一端；
[0020]5.3)再使用聚合物聚二甲基硅氧烷PDMS和聚甲基丙烯酸甲酯PMMA转印的方式将步骤5.1)中一个去除衬底的MoSSe层转移到步骤5.2)已转移的α
‑
In2Se3层上；
[0021]5.4)再使用聚合物聚二甲基硅氧烷PDMS和聚甲基丙烯酸甲酯PMMA转印的方式将步骤5.1)中另一个去除衬底的α
‑
In2Se3层转移到步骤5.3)已转移的MoSSe层上；
[0022]5.5)重复步骤5.3)和5.4)共n
‑
1次，最终在β
‑
Ga2O3层上形成三至四层的多量子阱结构α
‑
In2Se3/MoSSe/α
‑
In2Se3/
……
/MoSSe/α
‑
In2Se3；
[0023]6)重新选取另一衬底并清洗吹干，选择纯度为99.99％的高纯度氧化镍陶瓷靶材，采用磁控溅射法在该清洗后的衬底上生长NiO薄膜，并使用湿法刻蚀去除衬底后再按照与步骤5.2)相同的转移方法将其转移到步骤5.5)形成的多量子阱上；
[0024]7)通过掩膜版在步骤6)转移后的NiO薄膜上部和β
‑
Ga2O3层的另一端上分别淀积100nm的电极，完成器件制作。
[0025]本专利技术与现有的技术相比，具有如下优点：
[0026]本专利技术使用两种单层二维层状极性材料α
‑
In2Se3与MoSSe构建量子阱，由于这两者材料均具有自发极化特性，自带内建电场，因而插入利用此种材料构建的量子阱的光电探测器与现有的常规pn结型光电探测器相比不仅可以有效抑制激子的复合，延长载流子寿命，而且可捕获部分空穴，进而实现单极载流子输运，最终增加光导增益，提高器件量子效率以及响应度。
附图说明
[0027]图1为现有的p
‑
NiO/n
‑
Ga2O
3 pn结型光电探测器垂直结构示意图；
[0028]图2为本专利技术基于极性二维材料量子阱的pn型β
‑
Ga2O3日盲深紫外光电探测器垂直结构示意图；
[0029]图3为现有单量子阱中的QCSE能带示意图；
[0030]图4为本专利技术制作图2器件的流程示意图。
具体实施方式
[0031]以下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于极性二维材料量子阱的pn型β
‑
Ga2O3日盲深紫外光电探测器,自下而上包括蓝宝石衬底(1)、β
‑
Ga2O3层(2)、NiO层(4)，且NiO层(4)位于β
‑
Ga2O3层(2)一端，该NiO层(4)和β
‑
Ga2O3层(2)另一端上分别设有电极(5)，其特征在于，在β
‑
Ga2O3层(2)与NiO层(4)之间插有多量子阱(3)，用于提高器件内部增益。2.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述多量子阱(3)由两种单层具有自发极性的二维层状材料单层构成。3.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述衬底(1)为蓝宝石衬底或SiO2/Si衬底。4.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述电极(5)采用Au、Al和Ti/Au中的任意一种金属或合金，通过掩模版在NiO层(4)上淀积出电极，厚度为100～150nm。5.一种制作权利要求1光电探测器的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)选用衬底并进行清洗吹干；2)在清洗后的衬底上通过磁控溅射生长厚度为150nm
‑
200nm的β
‑
Ga2O3层；3)重新选取n个衬底并清洗吹干，将预处理后衬底放置在生长室中，将In2Se3粉末放置在石英管中作为前驱体，使用高纯度的Ar2作为载气，分别在清洗后的n个衬底上通过物理气相沉积法生长单层α
‑
In2Se3，得到n个单层α
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In2Se3，n取4或5；4)制备单层MoSSe：4.1)再重新选取n
‑
1个衬底并清洗吹干，将清洗之后的衬底放入管式炉沉积区，使用纯度大于99.5％的硫粉和MoO3粉通过化学气相沉积法在n
‑
1个衬底上生长单层MoS2，得到n
‑
1个单层MoS2；4.2)将生长有MoS2的样件置于石英管中，用H原子替代单层MoS2顶层的S原子，形成MoSH材料，再通过硒化将H原子替换为Se原子，得到n
‑
1个单层MoSSe；5)搭建多量子阱结构：5.1)取出所有制备在衬底上的单层MoSSe以及单层α
‑
In2Se3，使用湿法刻蚀去除衬底；5.2)使用聚合物聚二甲基硅氧烷PDMS和聚甲基丙烯酸甲酯PMMA转印的方式将步骤5.1)中一个去除衬底的α
‑
In2Se3层转移到β
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【专利技术属性】
技术研发人员：苏杰，常晶晶，戚萧镕，王博文，林珍华，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：