[發明專利]一種導電溝道日盲光電探測器

有效

• 申請號: 202110549953.3
• 申請日: 2021-05-20
• 公開（公告）號: CN113314628B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 胡彥飛;蘭志超;郭輝;王雨田;袁昊;何艷靜
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L31/0336
• 分類號: H01L31/0336;H01L31/0224;H01L31/109
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 李越

1.一種導電溝道日盲光電探測器，其特征在于：包括碳化硅、氧化鎵、外延生長石墨烯和電極，所述氧化鎵為兩層，所述外延生長石墨烯位于兩層所述氧化鎵之間，所述碳化硅位于其中一層所述氧化鎵下，所述電極為兩個，兩個所述電極與另一層所述氧化鎵連接；

制備方法如下：

(1)制備β-Ga2O3/外延生長石墨烯/β-Ga2O3三層式結構：

(1.1)清洗：選取高純的4H-SiC晶體作為器件襯底，對襯底進行標準RCA清洗，以去除表面污染物；

(1.2)氫刻蝕：將流量為40L/min的氫氣通入反應系統中，在1600℃，100mbar壓強下持續反應20s；在氫刻蝕反應階段結束以后將系統溫度降低至1000℃，在流量為20L/min的H2氛圍中持續反應6min，從而去除Si化合物；在去除Si化合物反應階段結束以后將系統溫度降低至850℃，并通入流量為6mL/min的SiH4硅烷氣流和流量為20L/min的H2，該步驟可以獲得缺陷極少的碳化硅表面，作為襯底；

(1.3)以PLD法生長一層β-Ga2O3：通過激光脈沖沉積法，在碳化硅襯底上面生長氧化鎵；將反應腔抽真空，上一步制備的碳化硅襯底放入反應腔，加熱系統將襯底加熱到100℃恒溫，隨后開始生長氧化鎵；激光能量為240mJ/cm-2,脈沖頻率為3Hz,靶材為氧化鎵陶瓷靶，生長150nm厚度的氧化鎵薄膜；進行標準清洗；

(1.4)CVD法生長石墨烯：選用高純度銅箔，厚度為25um，并進行標準RCA清洗；將銅箔置于反應室內，通入1000sccm氬氣作為保護氣，并以200℃/min升溫至1000℃；關閉氬氣，通入1000sccm氫氣，維持5min，后逐漸地將氣體改為960sccm氬氣，40sccm氫氣；通入10sccm甲烷氣體，保持10min后，關閉甲烷氣源，以200℃/min降溫至300℃，溫度自然降溫至150℃時，關閉所有氣源，抽真空至0.1mbar；

(1.5)轉移石墨烯：將銅箔不帶有石墨烯的一面粘貼在熱釋放膠帶上，在石墨烯表面旋涂聚甲基丙烯酸甲酯溶液，即PMMA，溶劑為乳酸乙酯，960k，4wt％，設定勻膠轉速為3000轉，旋涂1min，設置熱板溫度160℃，烘干樣品，保持10min,此時銅箔與熱釋放膠帶分離；將銅箔置于0.5mol/L氯化鐵溶液中，由于水的張力作用，銅箔漂浮在溶液表面，腐蝕4小時，去除Cu箔，腐蝕完畢后，PMMA/石墨烯漂浮在溶液上方；

(1.6)使用經過標準清洗后的SiC-Ga2O3結構將石墨烯薄膜撈出，用鑷子將(1.3)中制備的SiC-Ga2O3結構傾斜一定角度，置于石墨烯正下方，將結構輕輕抬起；并置于H2O：HCI＝20:1溶液中30min，以去除離子和重金屬原子；后置于H2O：NH4OH＝5:1溶液中30min，以去除難溶有機污染物；反復置于去離子水中清洗后使用氮氣槍吹干石墨烯薄膜與結構之間的水分，或用濾紙輕輕接觸石墨烯邊緣，將薄膜下的水分吸干；

(1.7)將轉移后的PMMA/石墨烯/襯底放置在通風處晾干，石墨烯薄膜完全貼在目標結構上后，熱板烘烤，溫度150～200℃，烘烤時間10min；

(1.8)使用熱丙酮去除PMMA，并用乙醇溶液清洗2遍以上，去離子水反復清洗；低真空退火，在氫氣和氬氣的混合氣氛下，200℃-400℃退3h；實現PMMA去除；

(1.9)在轉移石墨烯后的氧化鎵層上再生長一層氧化鎵：將反應腔抽真空，上一步制備的結構放入反應腔，加熱系統將襯底加熱到100℃恒溫，隨后開始生長氧化鎵；激光能量為240mJ/cm-2,脈沖頻率為3Hz,靶材為氧化鎵陶瓷靶，生長150nm厚度的氧化鎵薄膜；完成β-Ga2O3/外延生長石墨烯/β-Ga2O3三層式結構制備；

(2)制備歐姆接觸

通過磁控濺射法，在器件頂層濺射兩個電極；電極材料為Au；厚度為100nm；電極大小100um×100um；在500℃氮氣氣氛下RTA處理三分鐘，完成歐姆接觸的制備。

2.根據權利要求1所述的導電溝道日盲光電探測器，其特征在于：其中兩個所述電極均與所述外延生長石墨烯連接。

3.根據權利要求1所述的導電溝道日盲光電探測器，其特征在于：其中一個電極與所述外延生長石墨烯連接，另一個所述電極與所述氧化鎵連接。