一种具有宽频响应的光电探测器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有宽频响应的光电探测器的制备方法，包括获得金刚石衬底；在氧气氛围下，气体压力为0.01

【技术实现步骤摘要】
一种具有宽频响应的光电探测器及其制备方法


[0001]本专利技术属于半导体材料与器件制备领域，具体涉及一种具有宽频响应的光电探测器及其制备方法。

技术介绍

[0002]日盲深紫外(DUV)光电探测器具有良好的热稳定性和可靠性，在臭氧空洞监测、火焰探测、空间通信、导弹制导、生化探测、紫外泄漏检测等方面有着广泛的应用。紫外光是指波长范围在10
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400nm范围内辐射的总称，通常分为A射线(UVA,315
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400nm)、B射线(UVB,280
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315nm)、C射线(UVC,100
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280nm)和真空紫外(VUV,10
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200nm)。
[0003]众所周知，来自太阳的所有UVC辐射都被大气中的氧气(100
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200nm)或臭氧(200
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280nm)所吸收。因此，波长为200
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280nm的紫外区域是“日盲”的，即位于该光谱区域内的信号可以有效地探测到，而不受太阳辐射的影响。可探测波长低于280nm的探测器可以定义为“日盲”光电探测器，该类型的探测器即使暴露在正常的室外照明下，也不会产生可测量的信号。
[0004]超宽禁带半导体材料氧化镓具有禁带宽等优势，被广泛用来制备“日盲”型光电探测器。
[0005]公开号为CN115732592A的中国专利公开了一种氧化镓光电探测器。所述氧化镓光电探测器包括：第一电极层；至少一铁电层，设置在所述第一电极层上的选定区域，且与所述第一电极层电连接；氧化镓层，设置在所述第一电极层和铁电层上；第二电极层和第三电极层，间隔设置在所述氧化镓层上；所述铁电层自发极化形成的局域场能够改变覆设在铁电层上的氧化镓层的导电类型，从而在所述氧化镓层内形成同质结结构。本专利技术提供的氧化镓光电探测器通过在器件内部引入铁电层，利用铁电材料自发极化形成的局域场调控覆设在其上的氧化镓薄膜的能带结构，从而构建基于氧化镓薄膜的同质PN或NPN或PNP结，实现了光子捕获与载流子输运效率的同时提升。
[0006]然而，氧化镓的光谱响应区间一般位于240nm
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260nm之间，对于小于230nm波长的紫外光，其响应较弱，甚至无法响应。同为超宽禁带半导体材料的金刚石具有禁带宽等性能优势，在光电子领域具有极大的应用前景，也被广泛用于制备。相比氧化镓，金刚石“日盲”型光电探测器的光谱响应范围在230nm以下，刚好能弥补氧化镓在该波段响应较弱的不足。
[0007]因此，针对目前单一“日盲”型光电探测器的响应波段无法同时覆盖200
ꢀ‑
280nm这一“日盲”波段的不足。亟需设计一种制备方法能够将金刚石与氧化镓结合，制备氧化镓/金刚石异质结“日盲”光电探测器，有望实现单一探测器响应波长的延伸，实现单一探测器对全“日盲”波段的高响应率覆盖。

技术实现思路

[0008]本专利技术提供了一种具有宽频响应的光电探测器的制备方法，该制备方法能够将氧化镓高质量的沉积在金刚石表面，形成氧化镓/金刚石异质结，从而实现获得宽频响应的光
电探测器。
[0009]一种具有宽频响应的光电探测器的制备方法，包括：
[0010](1)对金刚石衬底进行清洗；
[0011](2)在氧气氛围，气体压力为0.01
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80mTorr、温度范围500
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900℃下，通过脉冲激光沉积工艺在步骤(2)得到的金刚石衬底上沉积氧化镓薄膜；
[0012](3)对步骤(2)得到的样品旋涂光刻胶并进行光刻、显影、曝光使得氧化镓表面形成欧姆接触图案，沉积欧姆接触金属，剥离光刻胶后退火得到欧姆接触金属电极，得到光电探测器。
[0013]本专利技术提供了有合适浓度Sn的氧化镓和氧气的压力的结合作用下，使得氧化镓在脉冲激光沉积过程中结晶度较好，从而能够高质量的沉积在金刚石表面，采用Sn掺杂的氧化镓靶材，在沉积过程中更有利于提升氧化镓晶体质量。
[0014]进一步的，对步骤(2)得到的金刚石衬底表面进行脉冲激光沉积之前先将将步骤(2)得到的金刚石衬底加热至500
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900℃。温度高于该范围会使金刚石氧化及石墨化。温度低于该范围不利于氧化镓结晶。
[0015]进一步的，所述的脉冲激光沉积工艺的工艺参数为：脉冲激光能量密度为0.5
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2J/cm2，频率为5
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20Hz，脉冲500
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15000次；预先脉冲50
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300次，间隔30
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120s并循环3
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5次。
[0016]进一步的，所述的金刚石衬底为IIa型金刚石，表面粗糙度不大于10nm。
[0017]进一步的，在金刚石衬底表面沉积氧化镓前，通过食人鱼液对金刚石衬底进行浸泡清洗4
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24h，温度为40
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100℃，然后使用去离子水、丙酮、无水乙醇分别超期清洗5
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30min，氮气吹干。从而清洗掉金刚石衬底表面的有机物，并将金刚石衬底表面清洗干净。
[0018]进一步的，所述的欧姆接触电极为Ti、Ni、Cu、Ag、Pt、Au中的一种与多种。
[0019]进一步的，所述的氧化镓薄膜包括α、β、γ、δ、ε及κ相中的一种或多种组合
[0020]进一步的，所述的氧化镓薄膜的厚度为5nm
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300nm。典型的，当氧化镓厚度小于300nm时，探测器光谱响应范围可拓展为200
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260nm；当氧化镓厚度大于300nm时，探测器光谱响应范围为240
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270nm。
[0021]本专利技术还提供了一种具有宽频响应的光电探测器，通过所述的具有宽频响应的光电探测器的制备方法制备得到的。
[0022]进一步的，所述的具有宽频响应的光电探测器包括金刚石衬底、氧化镓薄膜和欧姆接触金属电极；
[0023]其中，所述，所述氧化镓薄膜沉积在金刚石衬底上，所述的欧姆接触金属电极沉积在金刚石衬底上。
[0024]本专利技术通过氧化镓薄膜吸收240nm
‑
280nm的波长，当波长降低的时候，穿透氧化镓薄膜的紫外光被金刚石衬底吸收，从而实现宽频响应。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0026]本专利技术通过合适压力的氧气范围下，采用脉冲激光沉积工艺，简单、高效的实现了在金刚石衬底上形成高质量的氧化镓，可在其XRD表征谱上看到明显的氧化镓特征峰。
[0027]本专利技术通过在金刚石衬底上形成氧化镓薄膜，首先通过氧化镓薄膜吸收240nm
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270nm范围的波长，当较小波长的光透过氧化镓薄膜后通过金刚石衬底吸收较小波长的光波，实现了200nm
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260nm范围的波长的光波的吸收，实现了宽频响应。
附图说明
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有宽频响应的光电探测器的制备方法，其特征在于，包括：(1)对金刚石衬底进行清洗；(2)在氧气氛围，气体压力为0.01
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80mTorr下，通过脉冲激光沉积工艺在步骤(1)得到的金刚石衬底上沉积氧化镓薄膜；(3)对步骤(2)得到的氧化镓薄膜上旋涂光刻胶并进行光刻、显影、曝光使得氧化镓表面形成欧姆接触图案，沉积欧姆接触金属，剥离光刻胶后退火得到欧姆接触金属电极，得到光电探测器。2.根据权利要求1所述的具有宽频响应的光电探测器的制备方法，其特征在于，对步骤(1)得到的金刚石衬底表面进行脉冲激光沉积之前先将将步骤(1)得到的金刚石衬底加热至500
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900℃。3.根据权利要求1所述的具有宽频响应的光电探测器的制备方法，其特征在于，所述的氧化镓为Sn掺杂氧化镓，其中的Sn的摩尔分数为0.01
‑
10％。4.根据权利要求1所述的具有宽频响应的光电探测器的制备方法，其特征在于，所述的脉冲激光沉积工艺的工艺参数为：脉冲激光能量密度为0.5
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2J/cm2，频率为5
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20Hz，脉冲500
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15000次；预先脉冲50
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300次，间隔30
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120s并循环3
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5次...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁其龙，王维，张文瑞，江南，褚伍波，杨科，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：