【技术实现步骤摘要】
本公开涉及紫外探测，尤其涉及一种日盲紫外探测器及其制备方法。
技术介绍
1、宽禁带半导体日盲紫外探测器以其全固态、小型化、低功耗、强抗干扰性和优异的稳定性等优点脱颖而出，能够有效屏蔽太阳辐射干扰。这种探测器拥有高信噪比和高灵敏度，在导弹预警、保密通信、火焰探测以及医疗诊断等军用和民用领域展现了巨大的应用潜力。在诸多宽带隙半导体材料中，氧化镓(ga2o3)以其约4.9ev的禁带宽度和小于280nm的吸收截止边突出，能直接探测到日盲波段的光线，无需复杂的掺杂或合金化处理。此外，氧化镓还具备高击穿电场强度和出色的抗辐射特性，使其成为制造日盲紫外探测器的理想选择。
2、氧化镓以其优良的热稳定性、高紫外吸收系数和易于加工的特性而受到青睐，但其也面临着如p型掺杂难题、高缺陷密度和较大暗电流等挑战。为了解决这些问题，构建基于氧化镓的异质结是一条有效途径，它通过不同材料间的能带匹配和界面效应来提升器件的性能。目前，针对氧化镓p型掺杂的难点，研究者多采用si、zno、gan、nio、pedot:pss等无机或有机半导体材料与氧化镓构成异质结型光电探测器的策略。
3、现代半导体产业离不开硅材料的支撑，在集成电路领域它具有无法替代的作用，目前已经开发了多个基于si/ga2o3异质结的器件。然而，由于硅与氧化镓之间存在显著的晶格不匹配，这导致了界面态的增多，进而引起暗电流的急剧上升。由于硅对可见光的吸收和响应，使得si/ga2o3异质结器件为宽光谱的光电探测器，不适合作为日盲紫外探测器。有报道通过引入一层氧化铝材料来解决漏电流较
4、因此，有必要提供一种基于硅和氧化镓的日盲紫外探测器，使其能有效抑制硅与氧化镓之间的界面缺陷形成，降低器件的暗电流，同时不会降低器件在日盲紫外光照下的光电流。
技术实现思路
1、本公开提供了一种日盲紫外探测器及其制备方法，以至少解决现有技术中存在的以上技术问题。
2、根据本公开的第一方面，提供了一种日盲紫外探测器，从下至上包括依次层叠设置的第一电极、硅衬底、b单极势垒缓冲层、氧化镓薄膜层、第二电极，所述b单极势垒缓冲层的材料包括氧化镁(mgo)、氧化铪(hfo2)中的至少一种。
3、根据本公开的一种可实施方式，至少具有以下有益效果：
4、1.本公开的日盲紫外探测器在硅衬底和氧化镓薄膜层之间引入了一层b单极势垒缓冲层，可以调节氧化镓薄膜层与硅衬底之间的界面失配，有效抑制界面缺陷形成，降低器件的暗电流，同时拓宽了高质量硅基氧化镓的制备方法。
5、2.b单极势垒缓冲层既可以阻挡可见光照下来自硅衬底侧的光生电子的移动，从而减少探测器对可见光的响应，提升探测器的紫外可见光抑制比；同时，b单极势垒缓冲层不会阻碍日盲紫外光照下氧化镓薄膜层侧产生的光生空穴移动，不会降低器件对日盲紫外光的光电流。
6、3.本公开的b单极势垒缓冲层的能带结构应该满足禁带宽度大于氧化镓的禁带宽度，导带底高于氧化镓的导带底，价带顶高于氧化镓的价带顶且低于硅的价带顶。氧化镁、氧化铪符合上述能带结构，因此选择它们作为b单极势垒缓冲层的材料。
7、4.硅衬底相比于氧化镓单晶、氮化镓及金刚石等衬底，具有极大的成本优势，易于与现有cmos工艺结合，从而更容易推广应用；且本公开是要解决b单极势垒缓冲层与导电衬底和氧化镓的能级匹配问题。因此，硅衬底是本公开的最佳选择。
8、在一可实施方式中，所述b单极势垒缓冲层的厚度为10～100nm。
9、具体地，若所述b单极势垒缓冲层过薄，不能起到势垒阻挡的作用；过厚将会降低探测器的响应度和光电流，因此控制所述b单极势垒缓冲层的厚度为10～100nm可以发挥最好的效果。
10、在一可实施方式中，所述第一电极选自金电极、钛/金电极、铝电极、铂电极、银电极中的至少一种。
11、在一可实施方式中，所述第一电极的厚度为20～100nm。
12、在一可实施方式中，所述硅衬底为p型或n型硅衬底。
13、在一可实施方式中，所述氧化镓薄膜层中氧化镓的晶体结构为β相。
14、具体地，本公开的氧化镓薄膜层中氧化镓的晶体结构为β相，属于单斜晶系，具有择优取向性，结晶质量较高。
15、在一可实施方式中，所述氧化镓薄膜层的厚度为100～400nm。
16、在一可实施方式中，所述第二电极选自金电极、钛/金电极、铝电极、铂电极、银电极中的至少一种。
17、在一可实施方式中，所述第二电极的厚度为20～100nm。
18、根据本公开的第二方面，提供了上述日盲紫外探测器的制备方法，包括以下步骤：
19、s1：将硅衬底置于b靶材的上方，经溅射工艺在所述硅衬底上生长b单极势垒缓冲层；
20、s2：将步骤s1中生长有所述b单极势垒缓冲层的硅衬底置于氧化镓靶材的上方，经溅射工艺在所述b单极势垒缓冲层上生长氧化镓薄膜层；
21、s3：经光刻工艺在所述氧化镓薄膜层远离所述b单极势垒缓冲层的一侧沉积第二电极，在所述硅衬底远离所述b单极势垒缓冲层的一侧沉积第一电极，此时即制得所述日盲紫外探测器。
22、本公开制备硅基氧化镓日盲紫外探测器的方法，具有与现有成熟的cmos工艺兼容和成本低的优势，有助于大规模工业化生产。
23、在一可实施方式中，步骤s1将所述硅衬底置于所述b靶材的上方前，还包括清洗所述硅衬底的步骤：依次用丙酮、无水乙醇、水超声清洗所述硅衬底，然后将所述硅衬底置于hf溶液中处理，并用氮气吹干所述硅衬底。
24、在一可实施方式中，所述hf溶液处理的时间为30～120s，以去除氧化硅层。
25、在一可实施方式中，步骤s1先将所述硅衬底放置于样品托上，然后将所述样品托置于所述b靶材的正上方。
26、在一可实施方式中，步骤s1所述溅射工艺包括：加热所述硅衬底，通入氩气和氧气，调整真空腔内的压强，溅射生长所述b单极势垒缓冲层。
27、在一可实施方式中，步骤s1所述溅射工艺中，将所述硅衬底加热至25～400℃。
28、在一可实施方式中，步骤s1所述氩气与所述氧气的体积比为1：1～9：1。
29、在一可实施方式中，步骤s1调整所述真空腔内的压强为0.2～2pa。
30、在一可实施方式中，步骤s1所述溅射生长的功率为50～120w，时间为5～30min。
31、在一可实施方式中，步骤s2将所述样品托从所述b靶材的正上方移动到所述氧化镓靶材的正上方，经溅射工艺在所述b单极势垒缓冲层上生长所述氧化镓薄膜层。
32、在一可实施方式中，步骤s2所述溅射工艺包括：加热所述硅衬底，通入氩气和氧气，调整真空腔内的压强，溅射生长所述氧化镓薄膜层。
33、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种日盲紫外探测器，其特征在于，所述日盲紫外探测器从下至上包括依次层叠设置的第一电极、硅衬底、B单极势垒缓冲层、氧化镓薄膜层、第二电极，所述B单极势垒缓冲层的材料包括氧化镁、氧化铪中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的日盲紫外探测器，其特征在于，所述B单极势垒缓冲层的厚度为10～100nm。
3.根据权利要求1所述的日盲紫外探测器，其特征在于，所述硅衬底为p型或n型硅衬底。
4.根据权利要求1所述的日盲紫外探测器，其特征在于，所述氧化镓薄膜层中氧化镓的晶体结构为β相。
5.根据权利要求1所述的日盲紫外探测器，其特征在于，所述氧化镓层的厚度为100～400nm。
6.权利要求1～5任一项所述日盲紫外探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S1所述溅射工艺包括：加热所述硅衬底，通入氩气和氧气，调整真空腔内的压强，溅射生长所述B单极势垒缓冲层；
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤S1所述溅射生长的功率为50～120W，时间为5
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S2所述溅射工艺包括：加热所述硅衬底，通入氩气和氧气，调整真空腔内的压强，溅射生长所述氧化镓薄膜层；
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤S2所述溅射生长的功率为80～150W，时间为30～120min。
...【技术特征摘要】
1.一种日盲紫外探测器，其特征在于，所述日盲紫外探测器从下至上包括依次层叠设置的第一电极、硅衬底、b单极势垒缓冲层、氧化镓薄膜层、第二电极，所述b单极势垒缓冲层的材料包括氧化镁、氧化铪中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的日盲紫外探测器，其特征在于，所述b单极势垒缓冲层的厚度为10～100nm。
3.根据权利要求1所述的日盲紫外探测器，其特征在于，所述硅衬底为p型或n型硅衬底。
4.根据权利要求1所述的日盲紫外探测器，其特征在于，所述氧化镓薄膜层中氧化镓的晶体结构为β相。
5.根据权利要求1所述的日盲紫外探测器，其特征在于，所述氧化镓层的厚度为100～400nm。
6.权利要求1～5...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩冬阳，张文瑞，叶继春，
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：
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