一种自供能日盲紫外探测器及其制备方法技术

一种自供能日盲紫外探测器及其制备方法，属于光电探测器制备领域，具体方案如下：一种自供能日盲紫外探测器，包括衬底、薄膜a和薄膜b，所述薄膜a生长在衬底上，所述薄膜b生长在薄膜a上，薄膜a和薄膜b上均设置有电极，所述薄膜a和薄膜b均为(In

【技术实现步骤摘要】
一种自供能日盲紫外探测器及其制备方法


[0001]本专利技术属于光电探测器制备领域，具体涉及一种自供能日盲紫外探测器及其制备方法。

技术介绍

[0002]日盲紫外探测器的探测波段为200nm
‑
280nm。这一波段的太阳辐射会受到臭氧层的强烈吸收，而在地球表面的强度几乎为0，导致无论是在白天还是晚上，户外还是户内，日盲紫外探测器的背景噪声极低，几乎不受太阳光的影响，因此，日盲紫外探测器具有极高的灵敏度以及可见盲紫外探测器和红外探测器均不具备的全天候探测能力。此外，几乎所有的物体都有红外辐射特性，而日盲紫外辐射并不是所有物体的固有特性，这导致相比于红外探测器，日盲紫外探测器还具有极低的虚警率。
[0003]目前，商用的日盲紫外探测器主要为硅基电荷耦合器件(CCD)和光电倍增管。它们在紫外波段均具有较低的暗电流和快速响应能力，然而，它们还具有很多缺点：由于CCD的探测波段范围较宽，覆盖了紫外、可见和红外波段，因此为了增加探测器的紫外可见光谱选择性，需要使用昂贵的高透滤波片来过滤可见和红外波段，这增加了探测器的成本和尺寸；另外，在高温条件下，CCD的探测性能明显降低，主要体现为效率的下降和暗电流的升高，光电倍增管需要保持真空和施加很大的偏压，这对器件的封装要求苛刻且能量消耗较大；而且光电倍增管还具有尺寸较大和易碎等缺点。CCD和光电倍增管的以上缺点限制了它们的发展。
[0004]宽带隙半导体紫外探测器具有固有的紫外特性，在探测过程中无需使用滤波片。其中，用于日盲紫外波段探测的宽带隙半导体材料主要有AlGaN、金刚石、MgZnO和Ga2O3等。由于严重的自补偿效应，这些半导体材料都存在p型材料制备困难的问题，因此多采用金属/半导体形成的欧姆接触或者肖特基接触实现光导型或者光伏型探测器，这些探测器都需要外加电压。
[0005]能源紧缺是全世界关注的热点问题。因此，无需外加偏压即可实现探测工作的自供能探测器受到了人们的广泛关注。
[0006]现有技术的自供能日盲紫外探测器可分为两种：1.不同材料的异质结获得光伏型日盲紫外探测器，在这种异质结中两种半导体材料具有不同的禁带宽度和晶格常数；2.采用非对称肖特基结型MSM型(金属
‑
半导体
‑
金属)，其中金属为不同功函数的金属，分别与半导体形成势垒高度不同的肖特基结，由于肖特基势垒的差别而形成内建电场形成自供能探测器，或者采用同种金属，但两个电极的空间尺寸构型不同，导致两侧肖特基结的不同而形成自供能型探测器。这两种自供能日盲紫外探测器由于采用了不同的半导体材料或者金属材料，其制备工艺较为复杂，甚至两种不同半导体材料或者金属材料的制备方法也可能完全不同，成本高；半导体材料和金属材料选择有限，探测器性能和探测波段难以调节。
[0007]同质pn结是自供能探测器的首要选择。然而，由于宽带隙半导体材料的自补偿效应、受主杂质的离化能高等多种原因的影响，很难实现高质量p型材料，无法制备同质pn结。
目前，Ga2O3与多种材料制备了异质结自供能探测器，例如GaN、ZnO、SiC、MoS2、Si等等，广泛应用于日盲紫外探测以及可见盲紫外探测领域。针对(In
x
Ga1‑
x
)2O3的异质结报道很少，2021年，Wang等人使用磁控溅射技术制备了(In
x
Ga1‑
x
)2O3/Si异质结探测器，该探测器在日盲紫外波段具有自供能探测能力(ACS Applied Materials&Interfaces,2021,13(37):44568
‑
44576)。然而，探测器的响应度较小，仅为0.48mA/W，还需要进一步提升。
[0008]以上的异质结型自供能探测器，采用不同种类的半导体材料，在制备方法和工艺等方面存在较大不同，导致工艺复杂，制备困难，并且由于不同材料的晶格常数不同，在生长过程中，两种材料叠层生长，导致晶体质量差，容易出现界面元素互混，导致器件性能差。
[0009]另外采用非对称的肖特基结，也可实现自供能探测器，例如(SENSORS AND ACTUATORSA
‑
PHYSICAL,315(2020)112354)利用非对称电极空间构型的Au
‑
ZnGa2O4肖特基结获得自供能日盲紫外探测器。除此之外，利用非对称的电极即两种不同电极也可实现自供能探测器(MATERIALS CHEMISTRYAND PHYSICS 166(2015)116)。
[0010]采用不同金属材料形成非对称肖特基异质结时，由于日盲紫外探测材料的禁带宽度较大，能形成肖特基势垒的金属材料有限，且很难调节探测性能，并且金属源材料价格昂贵、在制备电极时由于采用不同电极材料，导致器件制备工艺步骤增加，成本提高；利用同种金属材料的不同空间构型获得非对称的肖特基结自供能日盲探测器，在器件制备工艺中需要两套光刻模版，不仅提高成本，工艺也较复杂，不易操作。
[0011]以上自供能型探测器，主要利用肖特基型MSM(金属
‑
半导体
‑
金属)器件，通过改变金属电极材料的种类或者金属电极空间构型，获得非对称的肖特基结，形成内建电场获得自供能特性。
[0012]针对日盲型紫外探测器，要求探测波段要小于280nm，对应的半导体的禁带宽度要大于4.42eV，无论不同材料的异质结或者非对称肖特基结，满足能带匹配的半导体材料和功函数匹配的金属材料都相对有限；同时采用不同半导体材料构成异质结，在实验过程中需更换原材料，成本高、工艺复杂，并且不同半导体材料存在晶格常数不同，生长材料时存在晶格失配，导致晶体质量差，探测器性能差等问题。

技术实现思路

[0013]为解决现有技术中存在的制备自供能日盲紫外探测器成本高昂、工艺复杂、不易大规模生产的技术问题，本专利技术提供一种成本低、工艺简单、易于大规模生产的自供能日盲紫外探测器及其制备方法。
[0014]为了实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0015]一种自供能日盲紫外探测器，包括衬底、薄膜a和薄膜b，所述薄膜a生长在衬底上，所述薄膜b生长在薄膜a上，薄膜a和薄膜b上均设置有电极，所述薄膜a和薄膜b均为(In
x
Ga1‑
x
)2O3材料，其中，薄膜a和薄膜b材料中In组分的含量不同。
[0016]进一步的，组成薄膜a的(In
x
Ga1‑
x
)2O3材料中In和Ga的原子比最高为60:40at％，薄膜b的(In
x
Ga1‑
x
)2O3材料中In和Ga的原子比最高为30:70at％。
[0017]进一步的，所述衬底为蓝宝石衬底、硅衬底、石英衬底或其他可耐500℃以上高温的衬底材料。
[0018]进一步的，所述电极的材料为能与(In
x
Ga1‑
x
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自供能日盲紫外探测器，其特征在于：包括衬底、薄膜a和薄膜b，所述薄膜a生长在衬底上，所述薄膜b生长在薄膜a上，薄膜a和薄膜b上均设置有电极，所述薄膜a和薄膜b均为(In
x
Ga1‑
x
)2O3材料，其中，薄膜a和薄膜b材料中In组分的含量不同。2.根据权利要求1所述的一种自供能日盲紫外探测器，其特征在于：组成薄膜a的(In
x
Ga1‑
x
)2O3材料中In和Ga的原子比最高为60:40at％，薄膜b的(In
x
Ga1‑
x
)2O3材料中In和Ga的原子比最高为30:70at％。3.根据权利要求1所述的一种自供能日盲紫外探测器，其特征在于：所述衬底为蓝宝石衬底、硅衬底、石英衬底或其他可耐500℃以上高温的衬底材料。4.根据权利要求1所述的一种自供能日盲紫外探测器，其特征在于：所述电极的材料为能与(In
x
Ga1‑
x
)2O3薄膜形成欧姆接触的金属材料。5.根据权利要求4所述的一种自供能日盲紫外探测器，其特征在于：所述电极材料为Au或In、Au、Au/In合金材料或Ti/Au合金材料。6.根据权利要求1所述的一种自供能日盲紫外探测器，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：矫淑杰，卢洪亮，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：