【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体器件，特别涉及一种基于金刚石/alscn异质结的日盲紫外探测器及其制备方法。
技术介绍
1、日盲紫外探测器具有虚警率低、探测灵敏度高和背景噪声低等多优点，被广泛应用在环境监测、导弹跟踪、无线通信、生化检测和空间系统等方面。目前，主要运用宽禁带半导体材料来制备日盲紫外探测器，例如znmgo、algan和ga2o3等。由于禁带宽度大，截止波长较短，用超宽禁带半导体制备的探测器能够覆盖到紫外波段。另外，宽禁带半导体材料具有击穿场强高、热导率高及抗辐射能力强等优异特性，适合制备高温高频、大功率器件，拥有广阔的应用前景。然而在这些常用的宽禁带半导体材料中，znmgo的探测范围有限，只能对在波长为200-370nm内的紫外光进行探测。algan的生长温度较高，又缺少与之相匹配的衬底，很难制备出高质量的algan薄膜。ga2o3作为一种ⅲ-ⅵ族半导体材料，禁带宽度为4.9ev，截至波长正好位于日盲紫外波段内，且具有击穿电场强、导电性能良好和化学性能稳定等优点，但是其能覆盖的波长还不够短。
2、与此同时，探测器越来越趋向于节能化、高效化、微型化。传统探测器由外部电源驱动，器件尺寸大的同时还不够环保。在能源短缺的情况下，自供电探测器无需外加电压便可自行工作，因此具有自供电性能的探测器开始崭露头角。日盲紫外探测器的性能有待进一步提高，具体而言，现有的日盲紫外探测器所使用的异质结结构需要改进。有研究人员提出了一种基于ga2o3/zno异质结的自驱动日盲探测器，这种半导体/铁电材料异质结通过调节异质结中的去极化场提高探测
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于金刚石/alscn异质结的日盲紫外探测器及其制备方法，以制备探测波长短，响应速度快，性能更加优异的日盲紫外探测器件。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
3、本专利技术的第一方面，提供了一种基于金刚石/alscn异质结的日盲紫外探测器，包括衬底层、缓冲层、异质结和接触电极，所述异质结由金刚石层和alscn铁电材料层构造形成，所述接触电极分别设置在所述alscn铁电材料层和所述金刚石层上。
4、在一个实施例中，所述金刚石层的一面设置于所述缓冲层，另一面上有氮终端表面，在所述氮终端表面外延生长所述alscn铁电材料层，以构造形成所述异质结，所述接触电极分别设置在所述alscn铁电材料层和所述氮终端表面上。
5、在一个实施例中，所述缓冲层的厚度为1-2μm，所述金刚石层的厚度为50-100μm，所述alscn铁电材料层的厚度为200-400nm。
6、在一个实施例中，所述缓冲层为单晶氮化硼薄膜，所述衬底层为蓝宝石。
7、在一个实施例中，所述alscn铁电材料的表达式为al1-xscxn，x表示sc在al和sc中的原子百分比，x取值为15％-25％。
8、本专利技术的第二方面，提供了所述基于金刚石/alscn异质结的日盲紫外探测器的制备方法，包括如下步骤：
9、步骤1，在衬底层上制备缓冲层；
10、步骤2，在所述缓冲层上外延生长金刚石层；
11、步骤3，在所述金刚石层上外延生长alscn铁电材料层，所述金刚石层和alscn铁电材料层构造形成异质结；
12、步骤4，在所述金刚石层和所述alscn铁电材料层上制备接触电极。
13、在一个实施例中，所述步骤1，利用等离子体化学气相淀积工艺，以b2h6作为硼源，n2作为氮源，在工作气压下，采用300℃-600℃的衬底温度，设置衬底负偏压，获得1-2μm厚的单晶氮化硼薄膜缓冲层；所述步骤2，采用mpcvd工艺，在缓冲层表面生长厚度为50-100μm的金刚石层。
14、在一个实施例中，所述步骤3，对所述金刚石层采用mbe工艺进行表面氮化，形成氮终端表面，在氮终端表面上外延生长所述alscn铁电材料层；所述步骤4，在所述氮终端表面和所述alscn铁电材料层上制备接触电极。
15、在一个实施例中，所述步骤3，采用磁控溅射技术或原子层淀积工艺外延生长alscn铁电材料层。
16、在一个实施例中，所述磁控溅射技术，步骤如下：
17、使用sc原子百分比为15％-25％的铝钪合金作为溅射靶材，将外延生长金刚石层的样品或形成氮终端表面的样品置于磁控溅射腔室内，抽腔至腔内真空度达到1*10-5torr以下，然后通入ar，进行预溅射；
18、预溅射结束后，将衬底层升温至300℃-500℃；
19、衬底层升温完成后，通入高纯氮气和高纯氩气进行溅射，溅射功率为300-400w，溅射时长为30-60min；
20、完成溅射后对样品进行快速热退火处理，退火温度为750℃-850℃。
21、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
22、本专利技术与现有的技术相比，具有如下优点：
23、(1)本专利技术日盲紫外探测器采用了金刚石/alscn异质结结构。金刚石属于新一代的超宽禁带半导体材料，具有禁带宽度大、载流子迁移率高、热导率高等优点，禁带宽度大使得其截止波长更短，能够对波长更短的紫外光进行响应，且响应速度较快。alscn是一种新型铁电材料，铁电材料具有自发极化的特性，在去除电场后仍能保持去极化场，剩余极化强度可达100-150μc/cm2。通过调节去极化场来调控内置电场的强度和半导体侧的耗尽区宽度，从而对光生载流子的分离起到促进作用。金刚石/alscn异质结兼顾了响应速度和可调控两大优点，大大提高了日盲紫外探测器的性能。
24、(2)由于al1-xscxn本身的带隙宽度很大(约为6.2ev)，且会随着sc含量的变化而变化，采用掺杂浓度为25％的al0.75sc0.25n既可以很好地保持薄膜的铁电特性，保留其调控作用，又能保证带隙宽度大于金刚石的带隙宽度，不会对紫外光波段之外的光发生响应，避免探测器出现探测范围不精准的问题。al0.75sc0.25n的禁带宽度大于金刚石的禁带宽度满足使用金刚石材料作为容纳二维电子气的沟道层的前提。同时alscn的电导率比一般的铁电材料要高，避免了电流传输困难的问题。将alscn与特性更加优异的金刚石材料构成新型半导体异质结材料器件，拓宽了半导体异质结器件的应用领域。
25、(3)由于单晶氮化硼晶格常数与金刚石相近，使用单晶氮化硼作为过渡层，能够更好地保证金刚石外延层的质量。金刚石由外延生长获得突破了金刚石衬底的尺寸限制，降低了异质结的制造成本。
26、(4)在金刚石层表面进行氮终端处理可以减少金刚石表面态，有利于alscn材料与金刚石之间的原子成键，提高了alscn层的外延质量，有助于更好地形成异本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于金刚石/AlScN异质结的日盲紫外探测器，包括衬底层、缓冲层、异质结和接触电极，其特征在于，所述异质结由金刚石层和AlScN铁电材料层构造形成，所述接触电极分别设置在所述AlScN铁电材料层和所述金刚石层上。
2.根据权利要求1所述基于金刚石/AlScN异质结的日盲紫外探测器，其特征在于，所述金刚石层的一面设置于所述缓冲层，另一面上有氮终端表面，在所述氮终端表面外延生长所述AlScN铁电材料层，以构造形成所述异质结，所述接触电极分别设置在所述AlScN铁电材料层和所述氮终端表面上。
3.根据权利要求2所述基于金刚石/AlScN异质结的日盲紫外探测器，其特征在于，所述缓冲层的厚度为1-2μm，所述金刚石层的厚度为50-100μm，所述AlScN铁电材料层的厚度为200-400nm。
4.根据权利要求1所述基于金刚石/AlScN异质结的日盲紫外探测器，其特征在于，所述缓冲层为单晶氮化硼薄膜，所述衬底层为蓝宝石。
5.根据权利要求1至4任一项所述基于金刚石/AlScN异质结的日盲紫外探测器，其特征在于，所述AlScN铁电材料的
6.权利要求1至5任一项所述基于金刚石/AlScN异质结的日盲紫外探测器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1，利用等离子体化学气相淀积工艺，以B2H6作为硼源，N2作为氮源，在工作气压下，采用300℃-600℃的衬底温度，设置衬底负偏压，获得1-2μm厚的单晶氮化硼薄膜缓冲层；所述步骤2，采用MPCVD工艺，在缓冲层表面生长厚度为50-100μm的金刚石层。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3，对所述金刚石层采用MBE工艺进行表面氮化，形成氮终端表面，在氮终端表面上外延生长所述AlScN铁电材料层；所述步骤4，在所述氮终端表面和所述AlScN铁电材料层上制备接触电极。
9.根据权利要求6、7或8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3，采用磁控溅射技术或原子层淀积工艺外延生长AlScN铁电材料层。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述磁控溅射技术，步骤如下：
...【技术特征摘要】
1.一种基于金刚石/alscn异质结的日盲紫外探测器，包括衬底层、缓冲层、异质结和接触电极，其特征在于，所述异质结由金刚石层和alscn铁电材料层构造形成，所述接触电极分别设置在所述alscn铁电材料层和所述金刚石层上。
2.根据权利要求1所述基于金刚石/alscn异质结的日盲紫外探测器，其特征在于，所述金刚石层的一面设置于所述缓冲层，另一面上有氮终端表面，在所述氮终端表面外延生长所述alscn铁电材料层，以构造形成所述异质结，所述接触电极分别设置在所述alscn铁电材料层和所述氮终端表面上。
3.根据权利要求2所述基于金刚石/alscn异质结的日盲紫外探测器，其特征在于，所述缓冲层的厚度为1-2μm，所述金刚石层的厚度为50-100μm，所述alscn铁电材料层的厚度为200-400nm。
4.根据权利要求1所述基于金刚石/alscn异质结的日盲紫外探测器，其特征在于，所述缓冲层为单晶氮化硼薄膜，所述衬底层为蓝宝石。
5.根据权利要求1至4任一项所述基于金刚石/alscn异质结的日盲紫外探测器，其特征在于，所述alscn铁电材料的表达式为al...
【专利技术属性】
技术研发人员：常晶晶，刘瑜，林珍华，袁海东，郭兴，高香香，苏杰，张进成，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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