[發明專利]一種高光譜選擇性和高靈敏度紫外探測器及其制備方法

有效

• 申請號: 201610157547.1
• 申請日: 2016-03-18
• 公開（公告）號: CN105679874B
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 張香麗
• 申請（專利權）人: 張香麗
• 主分類號: H01L31/09
• 分類號: H01L31/09;H01L31/032;H01L31/18
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 鄭海峰

技術領域

本發明涉及一種紫外探測器，具體是指一種高光譜選擇性和高靈敏度紫外探測器及其制備方法。

技術背景

由于高壓線電暈、宇宙空間、導彈羽煙和火焰等都含有紫外輻射，使得紫外探測技術被應用于軍事、科研、航空航天、通信電子等許多領域。目前，寬禁帶半導體紫外探測器是紫外探測器的主要研究方向，尤其是日盲段紫外探測器，具有體積小、功耗小、無需低溫冷卻和虛警率低的優點，并可以通過調節材料組分改變響應的波長范圍。

光譜選擇性和靈敏度是紫外探測器的重要性能指標。探測器往往會對大于其禁帶寬度的光譜范圍都有響應，探測器的光譜選擇性較差，例如對于氮化鎵半導體材料，對于入射光波長小于365nm的入射光都有響應。而在很多情況下，需要對某一特定波長或波段的光譜進行探測，這時候就需要光電探測器具有很高的光譜選擇性。另外，在惡劣的環境下，一些弱光信號很難被探測器檢測到。因此，提高探測器的靈敏度也是研究紫外探測器的重要方向。

為了實現探測器的高光譜選擇性和高靈敏度，通常需要在探測器上加濾波器和信號放大器，這些附件一般體積大，易碎價格貴，增加了探測器的復雜程度和制造成本，也使得探測器的適用范圍大為縮小。本發明設計的基于β-Ga₂O₃/SiC薄膜的紫外探測器不僅可以檢測特定波長的光譜，還可以探測弱光信號，實現探測器的高光譜選擇性和高靈敏度。

發明內容

本發明的目的是提供一種靈敏度高、穩定性好、響應時間短、探測能力強以及光譜選擇性高的基于β-Ga₂O₃/SiC薄膜的紫外探測器及其制備方法。

本發明的技術方案為：

一種高光譜選擇性和高靈敏度紫外探測器，其特征在于由β-Ga₂O₃薄膜、n型4H-SiC襯底以及Ti/Au薄膜電極組成。

如圖1所示為本發明設計的高光譜選擇性和高靈敏度紫外探測器示意圖，所述的高光譜選擇性和高靈敏度紫外探測器，其特征在于所述的β-Ga₂O₃薄膜厚度為200-300nm，所述的n型4H-SiC襯底作為制備β-Ga₂O₃薄膜的襯底，所述的Ti/Au薄膜電極的位于Ga₂O₃薄膜和n型4H-SiC襯底表面，Ti薄膜電極厚度為20-40nm，Au薄膜電極厚度為80-100nm。

一種高光譜選擇性和高靈敏度紫外探測器的制備方法，其特征在于該方法具有如下步驟：

1)n型4H-SiC襯底預處理：將n型4H-SiC襯底放入V(HF):V(H₂O₂)＝l:5的溶液中浸泡以去除自然氧化層，然后用丙酮、乙醇和去離子水分別超聲清洗，并真空干燥；

2)放置靶材和襯底：把Ga₂O₃靶材放置在激光分子束外延系統的靶臺位置，將步驟1)處理后的n型4H-SiC襯底固定在樣品托上，放進真空腔；

3)β-Ga₂O₃薄膜沉積過程：先將腔體抽真空，通入氧氣，調整真空腔內的壓強，加熱n型4H-SiC襯底，生長β-Ga₂O₃薄膜，待薄膜生長完畢，繼續通入氧氣，調整真空腔內的壓強，對所得β-Ga₂O₃薄膜進行原位退火；其中，Ga₂O₃靶材與n型4H-SiC襯底的距離設定為5厘米，抽真空后腔體壓強為1×10^-6Pa，加熱n型4H-SiC襯底時腔體壓強為1×10^-3Pa，β-Ga₂O₃薄膜進行原位退火時腔體壓強為1-2Pa，激光能量為200mJ/cm²，激光脈沖頻率為1Hz，激光的波長為248nm，n型4H-SiC襯底的加熱溫度為700-800℃，β-Ga₂O₃薄膜的退火溫度為700-800℃，退火時間為1-2小時；

4)器件電極的制備：利用掩膜版并通過射頻磁控濺射技術在Ga₂O₃薄膜和n型4H-SiC襯底上面沉積一層Ti/Au薄膜作為測量電極。