[發明專利]一種基于氧化鎵的三維日盲光電探測器

在審

• 申請號: 201910949383.X
• 申請日: 2019-10-08
• 公開（公告）號: CN110752267A
• 公開（公告）日: 2020-02-04
• 發明（設計）人: 單崇新;盧英杰;陳彥成;楊珣
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: H01L31/108
• 分類號: H01L31/108;H01L31/032;H01L31/20;H01L21/363
• 代理公司: 41160 鄭州慧廣知識產權代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 董曉慧

本發明的提出了一種基于氧化鎵的三維日盲光電探測器，為高性能3D日盲光電探測器的制備和研究奠定基礎。本發明是按照下述步驟進行的：(1)清洗柔性襯底；(2)采用射頻磁控濺射技術在柔性襯底上室溫沉積a?Ga₂O₃薄膜；(3)在a?Ga₂O₃薄膜上利用熱蒸發技術在上面蒸發一層金屬薄膜；(4)采用光刻技術在有金屬薄膜的a?Ga₂O₃上制備電極，得到具有MSM結構的2D光電探測器陣列；(5)采用剪切折疊技術，把2D光電探測器陣列制備成3D光電探測器。本發明利用簡單的剪切和折疊技術制備3D日盲光電探測器。該制備方法工藝簡單、成本低廉，而且選用非晶Ga₂O₃作為日盲光響應層，有效改善了在彎折過程中，功能材料的斷裂和脫離現象。

技術領域

本發明屬于光電器件制備領域，具體涉及一種基于氧化鎵的三維光電探測器及其制備方法。

背景技術

具有三維(3D)結構的光電探測器作為一種新興的光電器件，擴展了傳統二維(2D)光電探測器的應用范圍。3D光電探測器可以實現許多獨特的性能，例如極寬的探測空間角度和優異的空間識別能力等，這些都是傳統2D光電探測器無法實現的。然而，3D結構的光電子器件往往受限于功能材料本身在生長過程中無法自身形成所需的3D結構。隨著柔性電子器件技術的發展，3D光電探測器可以采用剪切/折紙(origami/kirigami)技術制造。然而，功能材料在制備過程中通常需要高溫生長，而柔性襯底的最高工作溫度為150℃，這就限制了很多材料實現3D探測器的制備。目前為止，只有基于MoS₂和鈣鈦礦的可見光3D光電探測器被報道，關于紫外(UV)光3D光電探測器尚未實現。日盲光電探測器具有低背景噪聲和高靈敏度的獨特優勢，可用于空間通信，火焰探測，導彈制導和臭氧監測等領域。氧化鎵(Ga₂O₃)的禁帶寬度在4.4～5.1eV之間，對應的吸收截止波長為240～280nm，覆蓋了大部分日盲光區域，是日盲光電探測器的理想選擇。

目前，報道的結晶Ga₂O₃基光電探測器大多制備在剛性無機襯底上，且生長溫度在400℃以上，不適合制備柔性器件，因此限制了3D Ga₂O₃基日盲光電探測器的研究和應用。

發明內容

本發明的目的在于針對現有日盲光電探測器無法制備出3D結構的問題，提出了一種基于氧化鎵的三維日盲光電探測器，該探測器是一種基于磁控濺射生長在柔性襯底上的a-Ga₂O₃的3D日盲光電探測器，為高性能3D日盲光電探測器的制備和研究奠定基礎。

本發明的技術方案是這樣實現的：一種基于氧化鎵的三維日盲光電探測器，是按照下述步驟進行的：

(1)清洗柔性襯底；

(2)采用射頻磁控濺射技術在柔性襯底上室溫沉積a-Ga₂O₃薄膜；

(3)在a-Ga₂O₃薄膜上利用熱蒸發技術在上面蒸發一層金屬薄膜；

(4)采用光刻技術在有金屬薄膜的a-Ga₂O₃上制備電極，得到具有MSM結構的2D光電探測器陣列；

(5)采用剪切折疊技術，把2D光電探測器陣列制備成3D光電探測器。

優選的，步驟(1)中的柔性襯底為PET襯底，厚度為0.125毫米。

優選的，步驟(2)中射頻磁控濺射所用的靶材為Ga₂O₃陶瓷靶，濺射氣體為氬氣和氧氣混合氣體。