[發明專利]一種金剛石紫外探測器三維電極結構及其制作方法

有效

• 申請號: 201810398932.4
• 申請日: 2018-04-28
• 公開（公告）號: CN108493268B
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發明（設計）人: 王宏興;劉璋成;趙丹;張明輝;王瑋;問峰;卜忍安;侯洵
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01L31/0224
• 分類號: H01L31/0224;H01L31/18
• 代理公司: 陜西增瑞律師事務所 61219
• 代理人: 劉春

本發明公開了一種金剛石紫外探測器三維電極結構，包括層疊設置的單晶金剛石襯底和本征單晶金剛石外延層，的金剛石外延層表面向外凸出設置有若干條相互平行的金剛石條，的金剛石外延層表面還設置有分別用于作為正極和負極的兩個金屬電極pad；垂直穿過的金剛石條等距間隔設置有偶數個叉指電極，按照叉指電極的排列順序依次定義叉指電極5的編號為1、2、3、…、n，則編號為奇數的叉指電極均連接至同一個金屬電極pad4上，編號為偶數的叉指電極均連接至另一個金屬電極pad上。解決了采用垂直三明治電極結構時襯底和薄膜分離難、載流子收集時間長和收集效率低的問題，同時，解決采用共平面叉指電極結構時電場均勻性不佳的問題，從而提高探測器的響應度和時間響應性能。

【技術領域】

本發明屬于光電探測技術領域，涉及一種金剛石紫外探測器三維電極結構及其制作方法。

【背景技術】

紫外光電探測技術是一種十分重要的技術，可廣泛應用于空間火焰檢測、煙霧報警、空間通信等領域。由于工作環境復雜惡劣，因此對探測器的材料要求很高。金剛石作為一種寬禁帶半導體，截止波長在225納米，具有天然的可見光濾光性，十分適合制備日盲紫外探測器。同時，金剛石具有很多優異的性能，其熱導率高，熱與化學穩定性好，具有良好的抗輻照性能。這些都使得金剛石在紫外探測器領域具有巨大的優勢。

目前有許多人對金剛石紫外光電探測器做了研究。但是，傳統金剛石紫外光電探測器電極結構主要是共平面叉指電極結構和垂直三明治結構。對垂直結構來說，電場均勻性好，有利于光生載流子的漂移運動，使得靈敏度和收集效率較高。由于紫外光在金剛石材料中穿透深度有限，于是需要金剛石薄膜做到很薄，并且成核面缺陷密度盡可能少，這樣，光生電子-空穴對在電極間的漂移過程中才會盡可能少地損失，從而使得到達電極處的載流子多，對電荷收集效率和靈敏度貢獻大。但是，對于金剛石外延薄膜和自支撐單晶金剛石膜而言，整體厚度較厚，對載流子的漂移和收集不利。

共平面叉指電極結構是對垂直三明治結構的改進。由于紫外光在金剛石膜中穿透深度比較小，主要集中于表面，因此在金剛石表面上制備叉指電極，可以較好地收集表面附近的光生電子-空穴對。由于紫外光在材料中衰減迅速，穿透一定深度后，對電流的貢獻很小，因此叉指電極的收集效率也是比較高的。并且叉指電極相互交錯，使得探測器有效探測面積增大，對探測器的響應度有很大的貢獻。但是，叉指電極的電場均勻性不如垂直結構，在紫外光功率較大時，電場分布的不均勻將會對光生電子-空穴對的收集產生影響。

目前很多人都嘗試制備三維結構的探測器，將三維電極埋入金剛石內部，從而改善表面附近的電場分布，提高器件的載流子收集能力。但是，這種三維電極的制備方法比較復雜，對準難度較大。為了解決這一問題，我們采用一種新型的三維電極結構，在極大簡化制備工藝的同時，提高了器件的響應度和時間響應性能。

【發明內容】

本發明的目的是提供一種，以解決采用垂直三明治電極結構時襯底和薄膜分離難、載流子收集時間長和收集效率低的問題，同時，解決采用共平面叉指電極結構時電場均勻性不佳的問題，從而提高探測器的響應度和時間響應性能。

本發明采用以下技術方案：一種金剛石紫外探測器三維電極結構，包括層疊設置的單晶金剛石襯底和本征單晶金剛石外延層，所述的金剛石外延層表面向外凸出設置有若干條相互平行的金剛石條，所述的金剛石外延層表面還設置有分別用于作為正極和負極的兩個金屬電極pad；

垂直穿過所述的金剛石條等距間隔設置有偶數個叉指電極，按照叉指電極的排列順序依次定義叉指電極5的編號為1、2、3、…、n，則編號為奇數的叉指電極均連接至同一個金屬電極pad上，編號為偶數的叉指電極均連接至另一個金屬電極pad上。

進一步的，金剛石條為四棱柱，叉指電極為四棱柱。

進一步的，金剛石條凸出所述本征單晶金剛石外延層的高度為100nm-500nm，且所述金剛石條的高度不大于所述本征單晶金剛石外延層的厚度。