[發明專利]基于非晶氧化鎵薄膜的日盲紫外探測器及其制備方法

有效

• 申請號: 201910732617.5
• 申請日: 2019-08-09
• 公開（公告）號: CN110444618B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 張彥芳;程東;葉建東;鞏賀賀;陳選虎;任芳芳;朱順明;顧書林
• 申請（專利權）人: 南京大學;南京大學深圳研究院;中電科技德清華瑩電子有限公司
• 主分類號: H01L31/032
• 分類號: H01L31/032;H01L31/0392;H01L31/108;H01L31/0224;H01L31/20
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 趙艷平

本發明公開了一種基于非晶氧化鎵薄膜的柔性日盲紫外探測器，探測器以高分子(如PET、聚酰亞胺)薄膜或織物為柔性襯底，使用超寬禁帶半導體氧化鎵(Ga₂O₃)(半導體層)為光探測材料，使用金屬或氮化鈦(TiN)半導體作為電極材料，通過光刻、刻蝕和薄膜沉積等半導體工藝制備肖特基接觸電極層，形成金屬電極?半導體層?金屬電極(MSM)結構探測器，可實現對波長小于280nm的日盲紫外光的有效探測。

技術領域

本發明涉及一種日盲紫外探測器，具體涉及一種基于非晶氧化鎵薄膜的柔性日盲紫外探測器及制備，屬于光電探測技術領域。

背景技術

日盲紫外光通常是指波段為240-280nm的電磁輻射。由于臭氧層對日盲紫外波段的強烈吸收，到達近地表的該波段紫外光很微弱，為日盲紫外信號的檢測提供了天然的低背景窗口。日盲紫外探測器是指對日盲紫外波段有明顯光響應的紫外探測器。日盲紫外探測器具有高的信噪比和低的誤報率，且在檢測微弱信號方面具有顯著優勢。目前，紫外光探測器在國防安全和民用技術領域發揮著重要作用，可廣泛應用于空間通訊、導彈跟蹤、臭氧層監測，火焰探測、生物化學傳感等領域。

如今，由于硅(Si)材料成本較低且工藝成熟，商業化的紫外光電探測主要使用硅基探測器，但由于Si的帶隙較小，Si基紫外光探測器紫外探測效率較低，且需要昂貴的濾波器對其他波段的環境光干擾源進行處理。因此，為了制備響應截止波長小于280nm的日盲紫外探測器，尋求適用于日盲紫外區域的新型半導體材料是當務之急。氧化鎵(Ga₂O₃)是一種新興的超寬禁帶半導體材料，禁帶寬度可達4.4-5.3eV，對應的截止波長約為234～280nm，是天然的日盲紫外吸收材料。同時，Ga₂O₃具有高的化學和熱穩定性、高的擊穿場強和強的抗輻射特性等優點，使得Ga₂O₃探測器可以在惡劣環境中正常工作。近年來，研究人員開展了基于Ga₂O₃日盲紫外探測器的大量研究，其中大多數探測器是基于Ga₂O₃體單晶、單晶外延和納米結構。這些材料的制備一般需要很高的溫度和較復雜的工藝，并且，基于納米結構的Ga₂O₃紫外探測器的制備及性能的重復性較差。與以上結構相比，非晶Ga₂O₃材料以其低溫制備、成本低、大面積均勻和易于與CMOS工藝兼容等優點，為實現高性能日盲紫外探測器提供了新的材料平臺。

從探測器工作模式分析，光導型和光伏型是半導體探測器的兩種主要類型。光導型是需要外加電場分離光生電子-空穴對，而光伏型是利用p-n結，Schottky結或MIS結構中的內建電場分離光生電子-空穴對。由于Ga₂O₃半導體難以實現p型導電，現有Ga₂O₃基日盲紫外探測器大都采用肖特基接觸的金屬-半導體-金屬(MSM)結構，這種結構的探測器具有暗電流低、電容小、響應速度快和制備簡便等優點。

隨著科技的發展，傳統紫外光探測器已經滿足不了人們的需求，具有特定功能或者多功能的新型紫外探測器已被迫切需要。柔性電子器件因具有輕薄便攜、電子性能優異和集成度高等特點，可用于便攜、可穿戴、超輕和可植入式的電子器件。當前，剛性電子產品向柔性和智能化方向發展，也為發展新一代光探測器提供了機會，目前已有很多基于ZnO、SnO₂和TiO₂納米材料的柔性紫外探測器的報道。當前基于非晶Ga₂O₃薄膜的柔性紫外探測器的研究還處于初始階段，其性能還有很大的提升空間。柔性、便攜的設計理念和新型半導體材料的應用，會使更多新型紫外光探測器走出實驗室服務于人們的生活。

發明內容