[發明專利]一種單晶金剛石紫外探測器及其制備方法

在審

• 申請號: 202110232453.7
• 申請日: 2021-03-02
• 公開（公告）號: CN113097330A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 王宏興;常曉慧;閆秀良;王若錚;王艷豐
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01L31/09
• 分類號: H01L31/09;H01L31/0224;H01L31/028;H01L31/18
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 范巍

本發明公開了一種單晶金剛石紫外探測器及其制備方法，所述單晶金剛石紫外探測器，包括：單晶金剛石襯底、金屬輔助生長單晶金剛石薄膜和叉指電極；所述金屬輔助生長單晶金剛石薄膜設置于所述單晶金剛石襯底上，所述叉指電極設置于所述金屬輔助生長單晶金剛石薄膜上；其中，所述金屬輔助生長單晶金剛石薄膜在生長過程中摻入鎢金屬原子。本發明能夠有效抑制金剛石襯底NV色心缺陷，減少NV色心對紫外探測器中電子空穴對的捕獲，提升金剛石紫外探測器的響應度。

技術領域

本發明屬于半導體器件技術領域，特別涉及一種單晶金剛石紫外探測器及其制備方法。

背景技術

近年來，紫外探測器廣泛應用在空間技術、紫外通信、國防機械和生物醫學等多個領域，是目前不可或缺的光電器件。金剛石具有優異特性(例如，寬的寬禁帶寬度、高載流子遷移率、高擊穿電壓、高導熱系數、高抗輻射能力等)，是一種理想的紫外光電探測器材料。

在過去的幾年中，多種金剛石紫外探測器(例如，肖特基光電二極管、PIN探測器、金屬-半導體-金屬探測器等)已被深入研究并取得了顯著的進展。響應度作為紫外探測器重要參數之一，一直是國內外研究者研究的重點；缺陷由于作為產生-復合中心，能捕獲載流子，降低載流子壽命和遷移率，將會大大影響探測器的響應度。金剛石的合成主要采用微波等離子體化學氣相沉積技術；然而，為了提高金剛石的生長速度，往往在生長過程中加入氮氣，氮氣的加入會導致金剛石薄膜中產生深能級缺陷，尤其是NV色心。因此，為了提高金剛石紫外探測器響應度，必須要抑制金剛石薄膜中的NV色心。

綜上，亟需一種新的高響應度單晶金剛石紫外探測器的制備方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種單晶金剛石紫外探測器及其制備方法，以解決上述存在的一個或多個技術問題。本發明能夠有效抑制金剛石襯底NV色心缺陷，減少NV色心對紫外探測器中電子空穴對的捕獲，提升金剛石紫外探測器的響應度。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明的一種單晶金剛石紫外探測器，包括：單晶金剛石襯底、金屬輔助生長單晶金剛石薄膜和叉指電極；所述金屬輔助生長單晶金剛石薄膜設置于所述單晶金剛石襯底上，所述叉指電極設置于所述金屬輔助生長單晶金剛石薄膜上；

其中，所述金屬輔助生長單晶金剛石薄膜在生長過程中摻入鎢金屬原子。

本發明的進一步改進在于，所述單晶金剛石襯底為本征金剛石材料，其均方根表面粗糙度小于0.5nm，拉曼半峰寬小于5cm^-1，X射線衍射半峰寬小于0.1°。

本發明的進一步改進在于，所述金屬輔助生長單晶金剛石薄膜中，鎢金屬原子在金剛石中的體濃度小于等于10¹⁸cm^-3。

本發明的進一步改進在于，所述叉指電極的材質為鈦、金、鈀、鎢、鋁中的一種或多種。

本發明的進一步改進在于，所述叉指電極的厚度為10～200nm，叉指間距為1～50μm。

本發明的一種單晶金剛石紫外探測器的制備方法，包括以下步驟：

1)對單晶金剛石襯底進行酸堿處理，并吹干，獲得處理后的單晶金剛石襯底；

2)利用微波等離子體化學沉積技術在處理后的單晶金剛石襯底表面進行金屬輔助生長金剛石，獲得金屬輔助生長單晶金剛石薄膜；其中，金屬輔助生長單晶金剛石薄膜在生長過程中摻入鎢金屬原子；

3)將獲得的金屬輔助生長單晶金剛石薄膜變為氧終端；利用光刻和金屬沉積技術，在金屬輔助生長單晶金剛石薄膜上形成叉指電極，獲得單晶金剛石紫外探測器。