一种暗电流抑制的半绝缘型4H-SiC基紫外光电探测器及制备方法技术

本发明专利技术属于紫外光电探测器技术领域，具体涉及一种暗电流抑制的半绝缘型4H

【技术实现步骤摘要】
一种暗电流抑制的半绝缘型4H
‑
SiC基紫外光电探测器及制备方法


[0001]本专利技术属于紫外光电探测器
，具体涉及一种暗电流抑制的半绝缘型4H
‑
SiC基紫外光电探测器及制备方法。

技术介绍

[0002]紫外光电探测器在现代自动灭火抑爆装置中起到对微弱火花进行传感的作用，在降低油料、设备爆燃造成的人身伤亡和经济损失方面具有十分重要的价值。经过几十年的发展，灭火抑爆系统从最初概念的提出到目前的大规模使用，已经经历了多次改良，性能得到稳步提升。但是，自动灭火抑爆系统中所使用的紫外光电探测器一直沿用工作在日盲紫外波段的真空光电倍增管(PMT)。虽然PMT具有灵敏度高、感光面积大和制备工艺相对成熟等优势，却存在真空器件难以克服的固有缺点，主要包括易破损、体重大、高压操作和误报率高等。在煤矿矿井应用领域，PMT的稳固性和体积问题已经成为阻碍其灭火抑爆技术发展的瓶颈。因此，发展高性能固态半导体紫外探测器件来替代传统紫外PMT一直是灭火抑爆行业以及多个相关国民经济领域追求的主流技术演进方向。
[0003]碳化硅(SiC)紫外探测器在紫外辐射剂量测定和日照辐射指数测量等领域已经取得了广泛的应用。市场上供应的SiC衬底材料包含4H
‑
SiC、6H
‑
SiC两种晶型。其中，4H
‑
SiC相比于6H
‑
SiC具有更高的载流子迁移率，在光电子器件开发方面更有优势。通过加载合适的滤光片后，4H
‑
SiC紫外光电探测器可用于火花传感领域。过去的二十年中，基于4H
‑
SiC衬底的紫外光电探测器被广泛研究。已报道的所有4H
‑
SiC光电探测器包含PN或PIN二极管型、金属
‑
半导体
‑
金属(MSM)型等。具有垂直结构的PN或PIN二极管型4H
‑
SiC紫外光电探测器拥有高的外量子效率，工作在雪崩模式下可探测pW级水平的弱光，但这些器件内的P型4H
‑
SiC、N型4H
‑
SiC等主要功能层需通过外延方法加工，制造工艺较为复杂，导致器件成本较高。此外4H
‑
SiC雪崩二极管的光敏面有限，通常为百μm
×
百μm的大小，限制了其在火花传感方面的应用。与之相比，结构更加简单的MSM型4H
‑
SiC紫外光电探测器具有更低的制造成本，适合于制作大光敏面的器件，在开发面向自动灭火抑爆领域的紫外探测器方面拥有一定的优势。
[0004]最简单的MSM型4H
‑
SiC光电探测器是在4H
‑
SiC基底上方直接制作金属叉指对电极而获得的，可称之为水平MSM型4H
‑
SiC光电探测器。已经报道的水平MSM型4H
‑
SiC光电探测器，多数是在SiC衬底上先外延P型或N型SiC薄膜后再制作电极，额外引入的外延工艺造成了器件成本大幅度上升。2012年，瑞典的等人在4H
‑
SiC衬底上通过光刻法直接加工了Ni/Au叉指电极，制得了水平MSM型4H
‑
SiC光电探测器(文献：Physica Status Solidi(c)2012,9,1680)。在
‑
4V偏压下，该器件的暗电流低至100fA，在365nm波长、0.5mW/cm2光照射下，器件的亮电流为10nA，亮暗电流比为105。然而，MSM型4H
‑
SiC光电探测器的弱光探测能力不足，通常只能达到μW/cm2水平，远远低于紫外真空光电管的弱光探测能力(约为pW/cm2)，无法满足自动灭火抑爆领域的需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种暗电流抑制的半绝缘型4H
‑
SiC基紫外光电探测器及制备方法，以提高探测器的弱光探测性能。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种暗电流抑制的半绝缘型4H
‑
SiC基紫外光电探测器，包括自上而下依次设置的顶电极层、半导体层、Al2O3层和底电极层，所述顶电极层为半透明金属电极，半导体层为4H
‑
SiC基底，底电极层为不透光金属电极。
[0007]所述Al2O3层的厚度为0.6nm
±
0.06nm。
[0008]所述顶层电极材料为TiN，所述底电极层为Al。
[0009]所述半导体层的厚度为100～1000μm，顶电极层的厚度为15nm
±
5nm，底电极的厚度为100nm
±
20nm。
[0010]4H
‑
SiC基底为半绝缘型，其电阻率为1e13ohm
·
cm～1e15ohm
·
cm。
[0011]本专利技术还提供了一种暗电流抑制的半绝缘型4H
‑
SiC基紫外光电探测器的制备方法，用于制备所述的一种暗电流抑制的半绝缘型4H
‑
SiC基紫外光电探测器，包括以下几个步骤：
[0012]S1、对4H
‑
SiC基底进行清洗；
[0013]S2、利用磁控溅射法，在清洗好的4H
‑
SiC基底的一面上制作顶电极；
[0014]S3、利用原子层沉积法，将样品翻转，在4H
‑
SiC的另一面上制作界面修饰层；
[0015]S4、利用磁控溅射法，在界面修饰层上制作底电极。
[0016]所述4H
‑
SiC基底的清洗包括以下几个步骤：
[0017]S101、使用量筒将双氧水、氨水和去离子水以10：10：1的比例加入聚四氟乙烯烧杯中，随后将4H
‑
SiC基底放入溶液中，用铝箔纸盖住烧杯口，浸泡20min以上，随后将4H
‑
SiC基底取出并用清水冲净，去除残留的溶液；
[0018]S102、在另一个聚四氟乙烯烧杯中加入用去离子水以4：1比例稀释的硝酸溶液，将4H
‑
SiC基底放入其中，随后用铝箔纸盖住烧杯口，超声处理30min，随后将4H
‑
SiC基底取出并用清水冲净，去除残留的溶液；
[0019]S103、在薄片表面上涂敷洗洁精，在水流下反复揉搓清洗4H
‑
SiC基底，直至用清水冲洗时，4H
‑
SiC基底表面能形成聚集的水膜；
[0020]S104、随后，将4H
‑
SiC基底垂直放置在烧杯架上，置于玻璃烧杯中，依次加入去离子水、丙酮，无水乙醇溶液各超声15min；至此，4H
‑
SiC基底清洗完毕，将洗净的4H
‑
SiC基底放入装有异丙醇溶液的烧杯中备用。
[0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种暗电流抑制的半绝缘型4H
‑
SiC基紫外光电探测器，其特征在于，包括自上而下依次设置的顶电极层、半导体层、Al2O3层和底电极层，所述顶电极层为半透明金属电极，半导体层为4H
‑
SiC基底，底电极层为不透光金属电极。2.根据权利要求1所述的一种暗电流抑制的半绝缘型4H
‑
SiC基紫外光电探测器，其特征在于，所述Al2O3层的厚度为0.6nm
±
0.06nm。3.根据权利要求1所述的一种暗电流抑制的半绝缘型4H
‑
SiC基紫外光电探测器，其特征在于，所述顶层电极材料为TiN，所述底电极层为Al。4.根据权利要求1所述的一种暗电流抑制的半绝缘型4H
‑
SiC基紫外光电探测器，其特征在于，所述半导体层的厚度为100～1000μm，顶电极层的厚度为15nm
±
5nm，底电极的厚度为100nm
±
20nm。5.根据权利要求1所述的一种暗电流抑制的半绝缘型4H
‑
SiC基紫外光电探测器，其特征在于，4H
‑
SiC基底为半绝缘型，其电阻率为1e13ohm
·
cm～1e15ohm
·
cm。6.一种暗电流抑制的半绝缘型4H
‑
SiC基紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1所述的一种暗电流抑制的半绝缘型4H
‑
SiC基紫外光电探测器，包括以下几个步骤：S1、对4H
‑
SiC基底进行清洗；S2、利用磁控溅射法，在清洗好的4H
‑
SiC基底的一面上制作顶电极；S3、利用原子层沉积法，将样品翻转，在4H
‑
SiC的另一面上制作界面修饰层；S4、利用磁控溅射法，在界面修饰层上制作底电极。7.根据权利要求6所述的一种半绝缘型4H
‑
SiC基紫外光电探测器的暗电流抑制方法的制作步骤，其特征在于，所述4H
‑
SiC基底的清洗包括以下几个步骤：S101、使用量筒将双氧水、氨水和去离子水以10：10：1的比例加入聚四氟乙烯烧杯中，随后将4H
‑
SiC基底放入溶液中，用铝箔纸盖住烧杯口，浸泡20min以上，随后将4H
‑
SiC基底取出并用清水冲净，去除残留的溶液；S102、在另一个聚四氟乙烯烧杯中加入用去离子水以4：1比例稀释的硝酸溶液，将4H
‑
SiC基底放入其中，随后用铝箔纸盖住烧杯口，超声处理30min，随后将4H
‑
SiC基底取出并用清水冲净，去除残留的溶液；S103、在薄片表面上涂敷洗洁精，在水流下反复揉搓清洗4H
‑
SiC基底，直至用清水冲洗时，4H
‑
SiC基底表面能形成聚集的水膜；S104、随后，将4H
‑
SiC基底垂直放置在烧杯架上，置于玻璃烧杯中，依次加入去离子水、丙酮，无水乙醇溶液各超声15min；...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔艳霞，胡鲲，潘登，王信朝，朱石磊，田媛，许并社，
申请(专利权)人：山西浙大新材料与化工研究院，
类型：发明
国别省市：