一种基于氮化镁薄膜的光电探测器件及其制备方法
专利汇可以提供一种基于氮化镁薄膜的光电探测器件及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种基于氮化镁 薄膜 的光电探测器件及其制备方法，属于 半导体 光电探测器领域。首先采用 磁控溅射 或蒸 镀 技术在衬底上生长一层过渡金属 电极 ，并利用湿法或干法 刻蚀 技术制备出叉指电极结构，然后采用反应射频磁控溅射方法在制备好叉指电极结构的衬底上生长Mg3N2薄膜，最后在Mg3N2薄膜上原位溅射生长一层BN或AlN薄膜作为Mg3N2保护层，从而得到基于Mg3N2薄膜的光电探测器件。本 发明 拓展了Mg3N2在光电功能材料与器件领域中的应用。BN或AlN薄膜不仅有效抑制了Mg3N2薄膜的 水 解 ，提高了Mg3N2薄膜的 稳定性 ，而且在红外、可见光和大部分紫外波段都是透明的，是Mg3N2光电器件理想的光学窗口。，下面是一种基于氮化镁薄膜的光电探测器件及其制备方法专利的具体信息内容。
1.一种基于Mg3N2薄膜的光电探测器件，其特征在于：自下而上，最底层为衬底(1)；第二层为过渡金属叉指电极(2)，叉指电极的厚度为50～200nm，叉指电极的指宽和指间距为3～
20μm；第三层为反应磁控溅射法生长的Mg3N2薄膜(3)，Mg3N2薄膜(3)的厚度为200～1000nm，Mg3N2薄膜(3)充满叉指电极间隙并覆盖大部分区域的叉指电极，仅在叉指电极的边缘处露出用于引出电极引线(5)的区域；第四层为射频磁控溅射法生长的BN或AlN保护层(4)，保护层的厚度为50～200nm，保护层(4)要能够完全覆盖Mg3N2薄膜(3)。
2.如权利要求1所述的一种基于Mg3N2薄膜的光电探测器件，其特征在于：衬底为蓝宝石、石英玻璃、BN或AlN。
3.如权利要求1所述的一种基于Mg3N2薄膜的光电探测器件，其特征在于：过渡金属叉指电极的材料为铬、钼、金、钨、钛、铜或镍。
4.权利要求1所述的一种基于Mg3N2薄膜的光电探测器件的制备方法，其步骤如下：
(1)在清洗过的衬底上溅射或蒸镀厚度为50～200nm的过渡金属层，然后进行热退火处理；
(2)利用干法或湿法刻蚀技术，把步骤(1)得到的过渡金属层刻蚀出叉指电极结构，叉指电极的指宽和指间距为3～20μm；
(3)将高纯Mg靶，高纯BN靶或AlN靶安装在具有多靶溅射功能的射频磁控溅射仪生长室内的靶座上，将已经刻蚀出叉指电极结构的衬底清洗干燥后固定在生长室内的样品架上；
固定衬底时用陶瓷片压在后续步骤欲引出电极引线(5)的叉指电极区域，用挡板遮挡在衬底和靶材之间，Mg靶材与衬底之间的距离为5～8cm；打开冷却水系统与抽真空系统，将生长室真空度抽至1×10-3Pa以下，将衬底加热升温至400～700℃；通入纯度≥99.999％的高纯N2，N2流量为80～200sccm，控制生长室内压强为3～5Pa；然后打开连接Mg靶的射频源，调节启辉，调节Mg靶溅射功率为100～300W；再将生长室内气压调节到0.8～1.5Pa，进行预溅射；
预溅射20～30min后打开挡板，开启衬底旋转，使得衬底在溅射过程中匀速旋转，开始沉积Mg3N2薄膜，沉积时间为60～120min，Mg3N2薄膜的厚度为200～1000nm；
(4)Mg3N2薄膜沉积结束后，旋转挡板，遮挡在衬底和靶材之间；在持续通入高纯N2下，关掉与Mg靶连通的射频源，降下Mg靶；将BN靶或AlN靶升至与衬底距离5～8cm处，通入纯度≥
99.999％的高纯Ar气，将高纯N2气流量调节为50～100sccm，高纯Ar气流量也调节为50～
100sccm，保证Ar和N2气的流量比为(1～2)：1；先调节生长室压强为3～5Pa，打开连接BN靶或AlN靶的射频源，调节启辉；调节BN靶或AlN靶的溅射功率为150～400W，然后将生长室压强调节到0.8～1.5Pa，进行预溅射；预溅射20～30min后，打开挡板，开启衬底旋转，使得衬底在溅射过程中匀速旋转，开始沉积BN或AlN保护层，沉积时间20～60min；溅射结束后，旋转挡板，遮挡在衬底和靶材之间，关闭与BN靶或AlN靶连接的射频源，关闭衬底加热电源，直至衬底冷却至室温，关闭Ar和N2气与生长室相连的进气阀门，关闭Ar和N2气瓶阀门，关闭真空系统，关闭冷却水系统，从而完成BN或AlN保护层(4)的制备，厚度为50～200nm；
(5)打开生长室的放气阀门，待生长室气压与外界气压平衡后，打开生长室，取出样品；
去掉陶瓷片，然后在被陶瓷片压住的裸露的电极处通过银浆或焊接的方式引出电极引线(5)；从而制备得到基于Mg3N2薄膜的光电探测器件。
一种基于氮化镁薄膜的光电探测器件及其制备方法
技术领域
背景技术
但是，遗憾的是，至今未见有关Mg3N2光电探测器件的报道。主要有三个方面的困难。一是工业上制备的Mg3N2主要是粉末，由于制备方法和制备条件的限制，Mg3N2粉末中还常常含有氧化镁或镁单质等杂质。要研制Mg3N2光电探测器件首先需要制备出高质量的Mg3N2大块单晶或大面积的Mg3N2薄膜材料，而这方面的研究十分匮乏。二是Mg3N2在空气中很不稳定，非常容易与空气中的水蒸气反应，水解成氢氧化镁和氨气。三是按照传统光电探测器制作工艺流程，一般先制备Mg3N2材料，然后在Mg3N2材料表面光刻制备叉指电极或梳状电极。在光刻过程中需要去离子水清洗，这必然导致Mg3N2材料发生水解。本发明创新性地解决了上述三方面困难，从而制备出一种基于Mg3N2薄膜的光电探测器件，拓展了Mg3N2材料的应用领域。
发明内容
1000nm；
200nm；
具体实施方式
1.0Pa，预溅射20min后打开挡板。开启衬底旋转，使得衬底匀速旋转，开始沉积铬金属层，沉积时间为20min，得到的铬金属层的厚度为150nm。沉积结束后，关闭射频源。将衬底温度升至700℃，原位退火20min，然后关闭衬底加热源。待衬底温度冷却至室温，关闭Ar气进气阀，关闭抽真空系统，关闭冷却水。打开生长室的放气阀门，待生长室气压与外界气压平衡后，打开生长室，取出蓝宝石衬底，关闭总电源。
50sccm，控制生长室压强为3Pa，打开连接BN靶的射频源，调节启辉，调节BN靶的功率为
350W，控制生长室压强为1Pa，预溅射20min后打开挡板，开启衬底旋转，开始沉积BN保护层以保护Mg3N2不被水解，沉积时间40min，BN保护层的厚度约为150nm。溅射结束后，取出样品，在陶瓷片遮挡住的部分裸露电极处用银浆引出电极引线，即得到基于反应磁控溅射法生长的Mg3N2薄膜的掩埋式MSM型光电探测器。
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