一种碳化硅纳米空心柱阵列及基于其的日盲紫外探测器制造技术

本发明专利技术公开了一种碳化硅纳米空心柱阵列及基于其的日盲紫外探测器，该碳化硅纳米空心柱阵列是通过两步无掩膜感应耦合等离子刻蚀方法而制成，该探测器的结构为：将碳化硅衬底的上表面刻蚀成碳化硅纳米空心柱阵列，并以Ti3C2T

【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅纳米空心柱阵列及基于其的日盲紫外探测器


[0001]本专利技术属于半导体光电器件
，具体涉及一种碳化硅纳米空心柱阵列及基于其的日盲紫外探测器。

技术介绍

[0002]碳化硅(SiC)由于宽带隙(～3.2eV)、优异的热传导性和出色的抗辐射特性，广泛用于构建紫外线(UV)光电探测器。这些出色的性能使基于碳化硅的紫外光电探测器能够应用于化学惰性、高温和强辐射的环境中。近年来，随着碳化硅半导体外延生长技术和加工工艺的显著进步，碳化硅紫外光电探测器在小面积器件(≤5mm2)上实现了高响应性、低暗电流和优异的可见光盲响应特性(参考文献：[1]S.Liang,Y.Dai,G.Wang,H.Xia,andJ.Zhao,"Room
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temperature fabrication of SiC microwire photodetectors on rigid and flexible substrates via femtosecond laser direct writing,"Nanoscale,vol.12,no.45,pp.23200
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23205,Nov.2020,doi:10.1039/d0nr05299j.[2]L.Di Benedetto,G.D.Licciardo,T.Erlbacher,A.J.Bauer,and A.Rubino,"A 4H
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SiC UV phototransistor with excellent optical gain based on controlled potential barrier,"IEEE Trans.Electron Devices,vol.67,no.1,pp.154
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159,Jan.2020,doi:10.1109/ted.2019.2950986.[3]L.Li,D.Zhou,H.Lu,W.Liu,X.Mo,F.Ren,D.Chen,R.Wang,G.Li,R.Zhang,and Y.Zheng,"4H
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SiC avalanche photodiode linear array operating in geiger mode,"IEEE Photon.J.,vol.9,no.5,pp.1
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7,Oct.2017,doi:10.1109/jphot.2017.2750686.)。然而，由于在气体或污染监测和光谱仪器中的特殊应用，具有高灵敏度的大面积碳化硅紫外光电探测器的制造受到积极关注，并且仍然是一个挑战(参考文献：[4]A.Sciuto,G.Giudice,G.D'Arrigo,A.Meli,L.Calcagno,S.Di Franco,M.Mazzillo,G.Franzo,S.Albergo,A.Tricomi,andD.Longo,"Large
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area SiC
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UV photodiode for spectroscopy portable system,"IEEE Sens.J.,vol.19,no.8,pp.2931
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2936,Apr.2019,doi:10.1109/jsen.2019.2891833.)。目前，人们通常试图通过降低反射率、改善与入射光的有效光耦合等方式来提高这些光电探测器的量子效率。在这些结构中，微/纳米柱或孔阵列对于构建大面积光电探测器具有吸引力，因为它可以通过感应耦合等离子体(ICP)技术来制造。ICP蚀刻是这些柱或孔阵列制造中最重要的过程之一。因此，通过摸索ICP刻蚀的工艺参数，有望制得所需的碳化硅纳米柱或孔阵列。

技术实现思路

[0003]针对上述现有技术所存在的不足，本专利技术旨在提供一种碳化硅纳米空心柱阵列及基于其的日盲紫外探测器，所要解决的技术问题是：首先通过摸索ICP刻蚀的工艺参数，制得碳化硅纳米空心柱阵列结构，然后通过碳化硅基器件结构的设置，获得具有日盲紫外响应、响应速度快、易集成等优点的日盲紫外光电探测器。
[0004]本专利技术为解决技术问题，采用如下技术方案：
[0005]本专利技术首先公开了一种碳化硅纳米空心柱阵列的制备方法，其特点在于：在无掩膜环境下，对碳化硅衬底的上表面进行ICP刻蚀，从而形成碳化硅纳米空心柱阵列结构。
[0006]进一步地，所述ICP刻蚀分两步进行，每步的工艺条件为：
[0007]第一步刻蚀：真空仓压强为5
×
10
‑3Pa、SF6的气体流量为60sccm、O2的气体流量为20sccm，ICP源功率为400W，偏压源功率为80W，刻蚀时间为20
‑
35min。
[0008]第二步刻蚀：真空仓压强为5
×
10
‑3Pa、SF6的气体流量为15sccm、O2的气体流量为15sccm，ICP源功率为200W，偏压源功率为100W，刻蚀时间为10
‑
25min。
[0009]进一步地，所用碳化硅衬底的厚度为350μm，所得碳化硅纳米空心柱阵列的直径为100
‑
400nm、高度为700
‑
1000nm。
[0010]本专利技术还公开了基于上述碳化硅纳米空心柱阵列的日盲紫外探测器，其结构为：以N型碳化硅衬底作为基底，在所述碳化硅衬底的上表面通过ICP刻蚀形成有碳化硅纳米空心柱阵列；在所述碳化硅纳米空心柱阵列上旋涂有作为顶电极的Ti3C2T
x
薄膜；在所述碳化硅衬底的下表面沉积有Ti3AlC2薄膜；在所述Ti3AlC2薄膜下表面设置有底电极；其中，所述Ti3C2T
x
薄膜与所述碳化硅纳米空心柱阵列形成肖特基结，所述Ti3AlC2薄膜与所述碳化硅衬底形成欧姆接触。
[0011]进一步地，所述Ti3AlC2薄膜利用脉冲激光沉积技术(PLD)制得，厚度为20
‑
100nm。
[0012]进一步地，所述Ti3C2T
x
薄膜为单层或多层MXene，利用表面旋涂法制得，厚度为200
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800nm。
[0013]进一步地，所述底电极为In/Ga电极，厚度为20
‑
100nm。。
[0014]与已有技术比较，本专利技术的有益效果体现在：
[0015]1、本专利技术通过摸索ICP刻蚀的工艺参数，制得了尺寸均匀的碳化硅纳米空心柱阵列结构，该结构在用于构建紫外探测器件时，表现出良好的陷光效应，光捕集效果好。
[0016]2、本专利技术构建的紫外探测器中，碳化硅纳米空心柱阵列与Ti3C2T
x
薄膜形成肖特基接触，碳化硅衬底与Ti3AlC2薄膜形成欧姆接触，选择紫外光进行放大，在肖特基异质结的作用下，可实现紫外光的快速、高效探测。同时通过调控碳化硅表面空心柱的尺寸，利用陷光效应，使照射光在孔内经过多次反射、折射，提高了器件的量子效率。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳化硅纳米空心柱阵列的制备方法，其特征在于：在无掩膜环境下，对碳化硅衬底的上表面进行ICP刻蚀，从而形成碳化硅纳米空心柱阵列。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述ICP刻蚀分两步进行，每步的工艺条件为：第一步刻蚀：真空仓压强为5
×
10
‑3Pa、SF6的气体流量为60sccm、O2的气体流量为20sccm，ICP源功率为400W，偏压源功率为80W，刻蚀时间为20
‑
35min。第二步刻蚀：真空仓压强为5
×
10
‑3Pa、SF6的气体流量为15sccm、O2的气体流量为15sccm，ICP源功率为200W，偏压源功率为100W，刻蚀时间为10
‑
25min。3.一种权利要求1或2所述制备方法所制得的碳化硅纳米空心柱阵列。4.根据权利要求3所述的碳化硅纳米空心柱阵列，其特征在于：所述碳化硅纳米空心柱阵列的直径为100
‑
400nm、高度为700
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1000nm。5.一种基于权利要求3或4所述碳化硅纳米空...

【专利技术属性】
技术研发人员：于永强，茆书明，崔英豪，陆梦雪，刘佳杨，张浩，孙洋洋，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：