技术领域
[0001] 本
发明涉及一种日盲紫外探测器的制备方法，属于
半导体光电器件技术领域。
背景技术
[0002] 紫外探测技术是在红外探测技术发展遇到
瓶颈以后，为了解决红外探测技术的
缺陷而发明的新型军用、民用技术。它广泛应用于空间通讯、高压电晕探测、导弹预警、
生物医学等领域。目前市场主要受控于
硅基紫外探测器和传统商用
光电倍增管，还未见不受太阳光影响的日盲紫外探测器。
[0003] Ga2O3是一种新型
宽禁带半导体材料，禁带宽度4.9eV低于太阳光波段，具有直接带隙能带结构，可见光透过率高，物理化学性质稳定，高温
稳定性好等优点。相较于传统光电倍增管和硅基紫外探测器，以及常见的半导体紫外探测器，其有着无需价格昂贵的滤光片，工作
电压较低、体积小、能耗较小、可高温使用、重量轻，不受太阳光影响，误报率低等优点。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种制备工艺简单安全、制作成本低、易于生产，且响应度高、响应时间短，不受日光影响，可全天候使用的Ga2O3多晶
薄膜MSM型日盲紫外探测器的制备方法。
[0005] 本发明的Ga2O3多晶薄膜MSM型日盲紫外探测器，
自下而上包含有c-Al2O3层、N:Ga2O3多晶层和Au/Ti叉指
电极。制备方法包括以下步骤：
[0006] 1)将c-Al2O3衬底进行清洁，获取表面无杂质且表面无
氧吸附的c-Al2O3层；
[0007] 将c-Al2O3衬底依次使用丙
酮、
乙醇、去离子
水超声清洗；清洗结束后使用氮气枪吹干表面水分，然后放进O-plasma等离子清洗机，使用O-plasma轰击c-Al2O3层表面10～15min；
[0008] 最后将洁净的c-Al2O3层放入
真空腔室，对衬底进行加热至200℃保温20min，实现衬底表面去氧、去杂质吸附目的；获得表面无杂质且表面无氧吸附的c-Al2O3层；
[0009] 2)在洁净的c-Al2O3层上使用PLD方法制备厚度为20～300nm的N:Ga2O3多晶层；
[0010] 将步骤1)清洗过的c-Al2O3层放入PLD装置生长室中，调整Ga2O3靶材与c-Al2O3层之间的距离为60mm，生长室真空度抽至10－5Pa。然后将c-Al2O3层加热至600～700℃，维持
温度恒定；在真空腔室中通入N2O，调节压强，使压强维持为1Pa。开启
激光器，激光
能量200mJ/cm2，
频率为3Hz，让
激光束聚焦到Ga2O3陶瓷靶靶面烧蚀靶材，形成余辉，先进行预沉积5min，去除靶材表面Ga、O比例不均匀层。然后再将靶材与衬底间的
挡板打开，在c-Al2O3层上沉积薄膜，制得N:Ga2O3多晶层；
[0011] 3)在上述制备获取的N:Ga2O3多晶层上蒸
镀厚度为50nm/25nm的Au/Ti叉指电极，获得Ga2O3多晶薄膜MSM型日盲紫外探测器。
[0012] 本发明的Ga2O3多晶薄膜MSM型日盲紫外探测器的工作原理是：当电极两端加上一定
偏压后，在探测器内部会出现一个微弱的
电流响应，此时无光照下其
电路电流在nA量级，使用日盲段254nm
波长的光照射该器件后，N:Ga2O3多晶层会产生大量的光生载流子，导致光电流急剧上升，比无光照时大3～4个数量级。利用这一现象可制备出不受日光影响的Ga2O3多晶薄膜MSM全天候型日盲紫外探测器。
[0013] 本发明的有益效果在于：
[0014] 1)本发明使用简单的掺N技术，改变腔体气氛为1Pa的N2O，就可制备出高性能的N:Ga2O3多晶薄膜MSM型日盲紫外探测器。这一掺杂工艺简单方便，安全无危险。
[0015] 2)本发明方法中，对c-Al2O3层使用O-plasma轰击表面10～15min；以及使用200℃高温预处理20min，可以明显去除c-Al2O3上的杂质以及杂质悬挂键，从而改善N:Ga2O3多晶层的晶体
质量，以此提高器件性能。
[0016] 3)使用N2O掺杂技术，可以明显补偿本征Ga2O3薄膜中存在的氧空位，以及一些因氧位导致的
电子空穴俘获中心，从而提高了MSM型日盲紫外光电探测器的响应时间；除此以外，N在Ga2O3薄膜中还作为电子空穴对释放中心，以此提高器件的光响应度。
[0017] 4)PLD制备方法工艺步骤简单，获取的N:Ga2O3多晶层质量好，对254nm波长光吸收效率高，太阳光波段透过性好，因Ga2O3禁带宽度为4.9eV远离太阳光波段，所以可全天候使用，噪声小，误报率低。
[0018] 5)本发明的日盲紫外探测器的结构简单，其制备方法容易，且成本低，在军民两用上有着较大价值。
附图说明
[0019] 图1是Ga2O3多晶薄膜MSM型日盲紫外探测器的正视结构示意图。图2是Ga2O3多晶薄膜MSM型日盲紫外探测器的俯视结构示意图。
[0020] 图3是
实施例2的时间响应图谱，“开启”为使用254nm光照射，“关闭”为关闭254nm
光源。
[0021] 图4是实施例2中N:Ga2O3多晶层的XRD图谱。
[0022] 图中：1为c-Al2O3层、2为N:Ga2O3多晶层、3为Au/Ti叉指电极。
具体实施方式
[0023] 以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐述。
[0024] 参照图1，图2，本发明的Ga2O3多晶薄膜MSM型日盲紫外探测器，自下而上依次有c-Al2O3层(1)、N:Ga2O3多晶层(2)和Au/Ti叉指电极(3)。
[0025] 实施例1
[0026] 1)将2英寸的c-Al2O3片切割成1x1cm2的小片；
[0027] 将1x1cm2的高阻c-Al2O3衬底分别使用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗30min，依次清洗。使用N2枪去除超声清洗结束后留在c-Al2O3衬底表面上的水分。再次使用O-plasma清洗吹干后的c-Al2O3片10min；最后将使用
等离子体清洗过的c-Al2O3片放入真空腔室使用200℃
烘烤20min；获取c-Al2O3层(1)。
[0028] 2)在洁净的c-Al2O3层(1)上，采用PLD方法制备N:Ga2O3多晶层(2)；
[0029] 生长室背底真空抽至10-5Pa，设置激光频率为3Hz，能量为200mJ/cm2，靶材与衬底间距为60mm，将衬底加热到700℃，维持温度恒定，通入N2O，调节N2O流量使生长室压强维持在1Pa，开启激光，先进行预沉积5min，然后打开挡板，开始正式沉积，沉积30min，沉积结束后，关闭激光器，加热器，真空系统，缓慢降温到室温，获取厚度为100nm的N:Ga2O3多晶层(2)；
[0030] 3)在上述的N:Ga2O3多晶层(2)上蒸镀厚度为50nm/25nm的Au/Ti叉指电极(3)，获得Ga2O3多晶薄膜MSM型日盲紫外探测器。
[0031] 本例制得的Ga2O3多晶薄膜MSM型日盲紫外探测器的响应度为：R＝18.2A/W，时间响应常数为：tR＝0.67s；tD＝0.44s。
[0032] 实施例2
[0033] 1)将2英寸的c-Al2O3片切割成1x1cm2的小片；
[0034] 将1x1cm2的c-Al2O3衬底分别使用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗30min，依次清洗。使用N2枪去除超声清洗结束后留在c-Al2O3衬底表面上的水分。再次使用O-plasma清洗吹干后的c-Al2O3片15min；最后将使用等离子体清洗过的c-Al2O3片放入真空腔室使用200℃烘烤20min；获取c-Al2O3层(1)。
[0035] 2)在洁净的c-Al2O3层(1)上，采用PLD方法制备N:Ga2O3多晶层(2)；
[0036] 生长室背底真空抽至10-5Pa，设置激光频率为3Hz，能量为200mJ/cm2，靶材与衬底间距为60mm，将衬底加热到700℃，维持温度恒定，通入N2O，调节N2O流量使生长室压强维持在1Pa，开启激光，先进行预沉积5min，然后打开挡板，开始正式沉积，沉积60min，沉积结束后，关闭激光器，加热器，真空系统，缓慢降温到室温，获取厚度为200nm的N:Ga2O3多晶层(2)；
[0037] 3)在上述的N:Ga2O3多晶层(2)上蒸镀厚度为50nm/25nm的Au/Ti叉指电极(3)，获得Ga2O3多晶薄膜MSM型日盲紫外探测器。
[0038] 本例制得的Ga2O3多晶薄膜MSM型日盲紫外探测器的响应度为：R＝30.8A/W，时间响应常数为：tR＝0.74s；tD＝0.55s。
[0039] 实施例3
[0040] 1)将2英寸的c-Al2O3片切割成1x1cm2的小片；
[0041] 将1x1cm2的c-Al2O3衬底分别使用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗30min，依次清洗。使用N2枪去除超声清洗结束后留在c-Al2O3衬底表面上的水分。再次使用O-plasma清洗吹干后的c-Al2O3片10min；最后将使用等离子体清洗过的c-Al2O3片放入真空腔室使用200℃烘烤20min；获取c-Al2O3层(1)。
[0042] 2)在洁净的c-Al2O3层(1)上，采用PLD方法制备N:Ga2O3多晶层(2)；
[0043] 生长室背底真空抽至10-5Pa，设置激光频率为3Hz，能量为200mJ/cm2，靶材与衬底间距为60mm，将衬底加热到700℃，维持温度恒定，通入N2O，调节N2O流量使生长室压强维持在1Pa，开启激光，先进行预沉积5min，然后打开挡板，开始正式沉积，沉积90min，沉积结束后，关闭激光器，加热器，真空系统，缓慢降温到室温，获取厚度为300nm的N:Ga2O3多晶层(2)；
[0044] 3)在上述的N:Ga2O3多晶层(2)上蒸镀厚度为50nm/25nm的Au/Ti叉指电极(3)，获得Ga2O3多晶薄膜MSM型日盲紫外探测器。
[0045] 本例制得的Ga2O3多晶薄膜MSM型日盲紫外探测器的响应度为：R＝23.5A/W，时间响应常数为：tR＝0.84s；tD＝0.67s。
[0046] 对比例1
[0047] 1)将2英寸的c-Al2O3片切割成1x1cm2的小片；
[0048] 将1x1cm2的c-Al2O3衬底分别使用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗30min，依次清洗。使用N2枪去除超声清洗结束后留在c-Al2O3衬底表面上的水分。再次使用O-plasma清洗吹干后的c-Al2O3片10min；最后将使用等离子体清洗过的c-Al2O3片放入真空腔室使用200℃烘烤20min；获取c-Al2O3层(1)。
[0049] 2)在洁净的c-Al2O3层(1)上，采用PLD方法制备Ga2O3多晶层(2)；
[0050] 生长室背底真空抽至10-5Pa，设置激光频率为3Hz，能量为200mJ/cm2，靶材与衬底间距为60mm，将衬底加热到700℃，维持温度恒定，通入O2，调节O2流量使生长室压强维持在1Pa，开启激光，先进行预沉积5min，然后打开挡板，开始正式沉积，沉积60min，沉积结束后，关闭激光器，加热器，真空系统，缓慢降温到室温，获取厚度为200nm的Ga2O3多晶层(2)；
[0051] 3)在上述的Ga2O3多晶层(2)上蒸镀厚度为50nm/25nm的Au/Ti叉指电极(3)，获得Ga2O3多晶薄膜MSM型日盲紫外探测器。
[0052] 本例制得的Ga2O3多晶薄膜MSM型日盲紫外探测器的响应度为：R＝0.1A/W，时间响应常数为：tR＝1.66s；tD＝1.94s。
[0053] 对比例2
[0054] 1)将2英寸的c-Al2O3片切割成1x1cm2的小片；
[0055] 将1x1cm2的c-Al2O3衬底分别使用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗30min，依次清洗。使用N2枪去除超声清洗结束后留在c-Al2O3衬底表面上的水分。获取c-Al2O3层(1)。
[0056] 2)在洁净的c-Al2O3层(1)上，采用PLD方法制备N:Ga2O3多晶层(2)；
[0057] 生长室背底真空抽至10-5Pa，设置激光频率为3Hz，能量为200mJ/cm2，靶材与衬底间距为60mm，将衬底加热到700℃，维持温度恒定，通入N2O，调节N2O流量使生长室压强维持在1Pa，开启激光，先进行预沉积5min，然后打开挡板，开始正式沉积，沉积60min，沉积结束后，关闭激光器，加热器，真空系统，缓慢降温到室温，获取厚度为200nm的N:Ga2O3多晶层(2)；
[0058] 3)在上述的N:Ga2O3多晶层(2)上蒸镀厚度为50nm/25nm的Au/Ti叉指电极(3)，获得Ga2O3多晶薄膜MSM型日盲紫外探测器。
[0059] 本例制得的Ga2O3多晶薄膜MSM型日盲紫外探测器的响应度为：R＝11.5A/W，时间响应常数为：tR＝0.97s；tD＝0.86s。
