本發(fā)明屬于半導體光電探測器，尤其涉及一種復合薄膜紫外探測器及其制備方法。

背景技術：

1、紫外探測器被廣泛的應用于天文學、燃燒工程、水凈化處理、火焰探測、生物效應、天際通信以及環(huán)境污染監(jiān)測等領域。由于大氣中臭氧層的吸收，使得地球表面幾乎沒有小于280nm的紫外光，這一光譜區(qū)域稱為日盲波段，由于沒有太陽光的干擾，使得工作在該波段的日盲紫外探測器具有高的靈敏度，可用于導彈預警等方面。因此日盲紫外探測器受到了人們廣泛的關注。目前在軍事和實際生活上應用的探測器主要以硅基紫外光電管和光電倍增管為主，但是二者體積笨重，功耗比較大，而且還需要自帶濾光片，這些缺點在很大程度上限制了它們應用的推廣。

2、鎵酸鋅材料是zno和ga2o3的復合氧化物，其中最常見的晶體結構是znga2o4，其具有尖晶石結構，屬于直接帶隙半導體，禁帶寬度在4.4ev-5.0ev之間，在原理上可以應用于248nm-280nm范圍內的紫外光電器件等領域。肖特基型器件可以避免持續(xù)光電導帶來了響應速度變慢的問題，同時可以不使用外部電源工作。平面型肖特基器件容易導致電場分布不均勻，不利于大規(guī)模集成。而垂直結構的肖特基光電探測器由于兩個電極之間的距離減小和載流子傳輸效率的提高而表現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢。

3、制備垂直肖特基器件，常常需要另外制備底電極，工藝復雜；如果選用導電si材料生長鎵酸鋅材料，可以直接使用si作為底電極，但是面臨si和鎵酸鋅的晶格適配大，生長得到的鎵酸鋅薄膜質量不佳的問題。

4、此外單獨的鎵酸鋅基紫外探測器性能提升有限，通過形成多重異質結結構有望實現(xiàn)器件性能進一步提升。但是多層異質結構的制備方法較難，對于垂直結構而言，還存在底部電極不易制備的問題。

技術實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，為了解決現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明創(chuàng)造旨在提供一種新型結構的復合薄膜紫外探測器及其制備方法。

2、為達到上述目的，本發(fā)明創(chuàng)造的技術方案是這樣實現(xiàn)的：

3、一種復合薄膜紫外探測器，所述復合薄膜紫外探測器從下自上依次包括襯底，生長在襯底上的復合薄膜，生長在所述復合薄膜上的金屬電極；所述金屬電極為叉指結構；

4、所述復合薄膜包括氧化鎵和鎵酸鋅；所述氧化鎵和所述鎵酸鋅之間的界面分布隨機無序；所述復合薄膜通過先制備第一摻雜鋅的氧化鎵薄膜，再制備第二摻雜鋅的氧化鎵薄膜得到；

5、以鋅原子與鎵原子的原子質量之和為百分百，所述第一摻雜鋅的氧化鎵薄膜中，鋅原子的質量百分比為1%~5%；所述第二摻雜鋅的氧化鎵薄膜中，鋅原子的質量百分比為5%~30%。

6、進一步的，所述復合薄膜紫外探測器還包括生長在所述金屬電極上的in電極；所述襯底為 c-al2o3。

7、進一步的，所述氧化鎵的擇優(yōu)生長晶向為[-201]。

8、進一步的，所述鎵酸鋅的擇優(yōu)生長晶向為[111]。

9、進一步的，所述金屬電極中的金屬選自au、ag、pt、al、ti、ni或cr中的任意一種。

10、進一步的，所述金屬電極的厚度范圍為10nm~50nm；所述復合薄膜的厚度范圍為50nm~1000nm。

11、進一步的，所述叉指結構的指間距范圍為2μm~10μm，所述叉指結構的叉指的對數(shù)范圍為10對~25對，所述叉指結構的叉指的長度范圍為0.5mm~2mm，所述叉指結構的叉指的寬度范圍為2μm~10μm。

12、本發(fā)明還提供一種根據本發(fā)明所述的復合薄膜紫外探測器的制備方法，所述制備方法包括步驟：

13、s1.在所述襯底上，通過有機金屬化學氣相沉積法，通入鎵源，生長得到氧化鎵薄膜；通入鎵源和鋅源，得到所述第一摻雜鋅的氧化鎵薄膜；再通入鎵源和鋅源，得到所述第二摻雜鋅的氧化鎵薄膜；關閉鎵源和鋅源，降至室溫，進行退火處理，得到所述復合薄膜；

14、s2.在所述復合薄膜表面，通過光刻制備叉指圖形，再通過磁控濺射，得到所述金屬電極；得到所述復合薄膜紫外探測器。

15、進一步的，所述制備方法還包括步驟：

16、s3.在所述金屬電極上按壓in粒，得到所述復合薄膜紫外探測。

17、進一步的，所述步驟s1中，生長所述氧化鎵薄膜時，生長的溫度范圍為500℃~800℃，生長室的真空度為2*102pa?~1*104pa；通入氧氣的流速為100?ml/min?~1000?ml/min；所述鎵源為三甲基鎵或者三乙基鎵，通入所述鎵源的管路的載氣流速為1?ml/min?~20?ml/min；生長的時間為1min~60min；

18、生長所述第一摻雜鋅的氧化鎵薄膜時，生長的溫度范圍為500℃~800℃，生長室的真空度為2*102pa?~1*104pa；通入氧氣的流速為100?ml/min?~1000?ml/min；所述鎵源為三甲基鎵或者三乙基鎵，所述鋅源為二乙基鋅；通入所述鎵源的管路的載氣流速為1?ml/min~20?ml/min，通入所述鋅源的管路的載氣流速為1?ml/min?~20?ml/min；生長的時間為1min~60min；

19、生長所述第二摻雜鋅的氧化鎵薄膜時，生長的溫度范圍為500℃~800℃，生長室的真空度為2*102pa?~1*104pa；通入氧氣的流速為100?ml/min?~1000?ml/min；所述鎵源為三甲基鎵或者三乙基鎵，所述鋅源為二乙基鋅；通入所述鎵源的管路的載氣流速為1?ml/min~20?ml/min，通入所述鋅源的管路的載氣流速為1?ml/min?~20?ml/min；生長的時間為0.5h~5h；

20、降至室溫的降溫速率為0.1℃/min~50℃/min；

21、所述步驟s2中，通入氣體進行退火處理，所述其他選自氧氣、氮氣或氬氣中的一種或多種，通入所述氣體的流速為10?sccm?~100?sccm，所述退火處理的溫度范圍為500℃~1200℃，退火的時間范圍為10~300?min；

22、所述步驟s3中，所述磁控濺射生長的過程中，生長腔的壓力為0.1?pa?~1?pa，濺射功率為50?w?~120?w，濺射時間為10?min?~30?min；濺射的ar氣流量為10?sccm?~40?sccm。

23、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明創(chuàng)造能夠取得如下有益效果：

24、本發(fā)明創(chuàng)造所述的復合薄膜紫外探測器及其制備方法，制得的復合薄膜具有氧化鎵和鎵酸鋅兩相結構，且兩相結構的異質界面可以調節(jié)光生載流子的輸運過程，使得器件具有高的綜合性能；整體制備工藝簡單，反應過程容易控制。

技術特征：

1.一種復合薄膜紫外探測器，其特征在于：所述復合薄膜紫外探測器從下自上依次包括襯底，生長在襯底上的復合薄膜，生長在所述復合薄膜上的金屬電極；所述金屬電極為叉指結構；

2.根據權利要求1所述的復合薄膜紫外探測器，其特征在于：所述復合薄膜紫外探測器還包括生長在所述金屬電極上的in電極；所述襯底為c-al2o3。

3.根據權利要求1所述的復合薄膜紫外探測器，其特征在于：所述氧化鎵的擇優(yōu)生長晶向為[-201]。

4.根據權利要求1所述的復合薄膜紫外探測器，其特征在于：所述鎵酸鋅的擇優(yōu)生長晶向為[111]。

5.根據權利要求1所述的復合薄膜紫外探測器，其特征在于：所述金屬電極中的金屬選自au、ag、pt、al、ti、ni或cr中的任意一種。

6.根據權利要求1所述的復合薄膜紫外探測器，其特征在于：所述金屬電極的厚度范圍為10nm~50nm；所述復合薄膜的厚度范圍為50nm~1000nm。

7.根據權利要求1所述的復合薄膜紫外探測器，其特征在于：所述叉指結構的指間距范圍為2μm~10μm，所述叉指結構的叉指的對數(shù)范圍為10對~25對，所述叉指結構的叉指的長度范圍為0.5mm~2mm，所述叉指結構的叉指的寬度范圍為2μm~10μm。

8.一種根據權利要求1～7任意一項所述的復合薄膜紫外探測器的制備方法，其特征在于：所述制備方法包括如下步驟：

9.根據權利要求8所述的復合薄膜紫外探測器的制備方法，其特征在于：所述制備方法還包括步驟：

10.根據權利要求8所述的復合薄膜紫外探測器的制備方法，其特征在于：所述步驟s1中，生長所述氧化鎵薄膜時，生長的溫度范圍為500℃~800℃，生長室的真空度為2*102?pa~1*104?pa；通入氧氣的流速為100?ml/min?~1000?ml/min；所述鎵源為三甲基鎵或者三乙基鎵，通入所述鎵源的管路的載氣流速為1?ml/min?~20?ml/min；生長的時間為1min~60min；

技術總結
本發(fā)明涉及半導體光電探測器技術領域，尤其涉及一種復合薄膜紫外探測器及其制備方法，從下自上依次包括襯底，生長在襯底上的復合薄膜，生長在所述復合薄膜上的金屬電極；所述金屬電極為叉指結構；所述復合薄膜包括氧化鎵和鎵酸鋅；所述氧化鎵和所述鎵酸鋅之間的界面分布隨機無序；所述復合薄膜通過先制備兩個不同的摻雜鋅的氧化鎵薄膜得到；制得的復合薄膜具有氧化鎵和鎵酸鋅兩相結構，且兩相結構的異質界面可以調節(jié)光生載流子的輸運過程，使得器件具有高的綜合性能；整體制備工藝簡單，反應過程容易控制。

技術研發(fā)人員：陳星,劉可為,申德振
受保護的技術使用者：中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/10/21