一种柔性氧化镓基日盲紫外光电探测器及其制备方法与流程

本发明涉及一种日盲紫外光电探测器及其制备方法，尤其是涉及一种柔性氧化镓基日盲紫外光电探测器及其制备方法。

背景技术：

大气层对200-280 nm紫外波段的太阳光具有强烈的吸收，200-280nm波段的光称为日盲紫外光。大气层对日盲紫外光的吸收为人造日盲紫外信号的检测提供一种天然的低背景窗口。日盲紫外光电探测器是指对200-280nm的日盲光具有特征响应，而对280-800nm的紫外光和可见光不响应的紫外探测器（Rikiya Suzuki, Shinji Nakagomi, and Yoshihiro Kokubuna, Appllied Physics Letters, 2011, 98:131114）。目前，日盲紫外探测器已经被广泛应用于导弹预警、高压线电晕探测、医疗诊断、近地保密通讯等领域。传统的日盲紫外光电探测器都是利用刚性衬底上生长的半导体薄膜制备的，例如基于蓝宝石衬底上生长的AlGaN三元合金薄膜，或石英衬底上生长的MgZnO三元合金薄膜，因此缺乏可弯曲的特性。

随着人类对电子设备需求的改变，电子设备内部的元件也需要进行改变。现如今，人类已经步入一个可穿戴设备的时代，而这类设备需要的是柔性和新的用户界面。电子器件的可弯曲特性可以大幅提高电子设备的便携性、设置及设计的自由度。柔性的日盲光电探测器具有可扭转和弯曲特性，可以大大拓展了其应用范围，包括可穿戴设备、人造仿生组织等新兴领域。然而到目前为止，很少有关于柔性日盲紫外光电探测器的报道。

单斜结构的氧化镓是具有较宽的禁带宽度（~ 4.9 eV）的半导体，适合用于日盲紫外光的检测。氧化镓薄膜、单晶、纳米线、微米带已经广泛应用于日盲紫外探测器的制备。这几种不同结构的氧化镓材料中带状的氧化镓微米带具有优异的机械性能，特别是具有很高的柔韧性。已有的实验表明，带状氧化镓材料可以在180°弯曲后完全恢复原状（Rujia Zou , Zhenyu Zhang , Qian Liu , Junqing Hu , Liwen Sang , Meiyong Liao and Wenjun Zhang, Small, 2014, 10:1848）。氧化镓微米带优异的柔韧性为其制备柔性电子器件的可行性提供了有力的支持。因此，将氧化镓微米带组合在柔性衬底上，进一步制备金属电极，可以制备出性能优异的柔性日盲紫外光电探测器。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有的氧化镓基日盲紫外光电探测器不具备柔性的问题，提供一种柔性、重复弯曲测试具有可恢复性的氧化镓基日盲紫外光电探测器及其制备方法。

本发明的目的是这样实现的，所述的一种柔性氧化镓基日盲紫外光电探测器的制备方法，其特征在于包括如下步骤：1）利用气相沉积法制备氧化镓微米带材料；2）将氧化镓微米带材料转移到柔性衬底上充当日盲紫外光的光敏材料；3）再结合掩模和真空镀膜方法在已转移到柔性衬底上氧化镓微米带的两端制备金属电极，最终制备获得柔性氧化镓基日盲紫外光电探测器。

步骤1）的生长氧化镓微米带材料的气相沉积法为物理气相沉积法或化学气相沉积法，生长设备为高温管式炉。

步骤2）的氧化镓微米带材料转移到的柔性衬底为聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚碳酸酯（PC）、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）或聚乙烯（PE）塑料薄片。

步骤3）的氧化镓微米带的两端制备的金属电极为Au、Ag、Ti、Ni、Cr或Al的单层电极或它们组合的复合层电极。

所述金属电极的形状和尺寸定义的掩模技术为金属掩模版技术或光刻掩模技术。

所述金属电极的真空镀膜方法为磁控溅射镀膜方法、电子束蒸发镀膜方法或热蒸发镀膜方法。

所述金属电极厚度为50~1000nm。

本发明上述的制备方法制得的柔性氧化镓基日盲紫外光电探测器。

本发明的技术方案是利用氧化镓微米带材料的可弯曲特性，结合柔性衬底制备柔性氧化镓基日盲紫外光电探测器。先用气相沉积法制备氧化镓微米带材料，将氧化镓微米带材料转移到柔性衬底上充当日盲紫外光的光敏材料，再利用真空镀膜方法在氧化镓微米带的两端制备金属电极，最终制备获得柔性氧化镓基日盲紫外光电探测器。

具体地说，本发明包括以下步骤：

1）利用气相沉积的方法，生长氧化镓微米带材料；

2）将氧化镓微米带材料转移到柔性衬底上充当日盲紫外光的光敏材料；

3）通过金属掩模版或光刻掩模技术定义金属电极的形状和尺寸；

4）利用真空蒸镀方法在氧化镓微米带的两端制备金属电极；

5）制备获得柔性氧化镓基日盲紫外光电探测器。

氧化镓微米带材料的生长方法最好为化学气相沉积法或物理气相沉积法。

氧化镓微米带材料转移到的柔性衬底最好为聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚碳酸酯（PC）、聚氯乙烯（PVC）、聚丙烯（PP）或聚乙烯（PE）塑料薄片衬底。

氧化镓微米带的两端制备的金属电极的形状和尺寸最好通过金属掩模版或光刻技术定义；金属电极材料最好为Au、Ag、Ti、Ni、Cr、Al单层电极或它们组合的复合层电极。金属电极的制备真空镀膜方法最好为磁控溅射镀膜、电子束蒸发镀膜或热蒸发镀膜方法；电极总厚度最好为50~1000nm。

与现有的日盲紫外光电探测器相比，本发明具有以下突出的优点：

1）本发明制备的柔性氧化镓基日盲紫外光电探测器具有重复弯曲可恢复性，可以应用于可穿戴探测设备、弯曲屏交互设备、仿生组织等领域，可以大幅提高日盲光电探测系统的便携性、设置及设计的自由度。

2）日盲紫外光探测的光敏材料为氧化镓微米带，其自身特有的可弯曲、柔韧特性保证了柔性日盲紫外探测器在弯曲状态下的探测稳定性。

3）相比于氧化镓单晶、氧化镓薄膜和氧化镓纳米材料，氧化镓微米带材料制备简单，重复性强，设备成本低，有利于降低电子器件和探测设备的整体生产成本。

附图说明

图1 为柔性氧化镓基日盲紫外光电探测器示意图。

图中的标号为：5.氧化镓微米带；6. 柔性衬底； 7.金属电极。

图2为本发明实施例制备柔性氧化镓基日盲紫外光电探测器具体过程。

图中标号为：1. 生长气体；2. 石英舟 ；3. 镓源 ；4. 石英衬底； 5. 氧化镓微米带； 6. 柔性衬底； 7. 金属电极。

图3为实施例1生长的氧化镓微米带的显微镜照片。

图4位实施例1制备的柔性氧化镓基日盲紫外光电探测器显微镜照片。

图5为实施例1制备的柔性氧化镓基日盲紫外光电探测器在10V偏压、不同曲率半径的弯曲状态下的响应谱。

具体实施方式

下面通过具体实施例阐述，以进一步阐明本发明的实质性特点和显著进步。

实施例1

参见附图2，化学气相沉积法方法以高温管式炉为生长设备，以反应气氧气和和载气氩气混合成生长气体1，在石英舟2中装1g的金属镓为镓源3，在石英衬底4上生长氧化镓微米带5（见图2中的过程a）；将石英衬底上生长的氧化镓微米带5转移到聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的柔性衬底6上（见图2中的过程b）；利用磁控溅射镀膜设备结合金属掩模版，在氧化镓微米带5的两端制备采用Au材料的金属电极7，采用Au材料的金属电极7的厚度为200nm（见图2中的过程c）；连接电源进行性能测试（见图2中的过程d）。最终获得柔性氧化镓基日盲紫外光电探测器。

图3为实施例1中物理气相沉积法生长的氧化镓微米带的显微镜照片，氧化镓微米带显示了良好的柔韧性，180°弯曲不发生折断现象。

图4为实施例1中基于单根氧化镓微米带的柔性日盲紫外光电探测器显微镜照片。

图5为实施例1中制备的柔性氧化镓基日盲紫外光电探测器在10V偏压下、不同的弯曲半径下测得的光电响应谱。可以看出不同弯曲状态下，氧化镓基日盲紫外光电探测器的响应谱基本保持不变，没有发生明显的蓝移或红移现象，表明制备的氧化镓光电探测器具在弯曲状态下保持良好的探测稳定性。探测器响应谱的波峰为为255 nm的光，截止小于280 nm，表明氧化镓光电探测器具有良好的日盲光探测器灵敏度。

实施例2

参见附图2，物理气相沉积法方法以高温管式炉为生长设备，以单一的载气氩气为生长气体1，石英舟2中装1g的氧化镓和碳粉的混合体做为镓源3，在石英衬底4上生长氧化镓微米带5（见图2中的过程a）；将石英衬底上生长的氧化镓微米带5转移到聚氯乙烯（PVC）材料的柔性衬底6上（见图2中的过程b）；利用电子束蒸发镀膜设备结合金属掩模版，在氧化镓微米带5两端制备采用Ti/Au复合层的金属电极7，采用Ti/Au复合层的金属电极7的厚度为300nm（见图2中的过程c）；连接电源进行性能测试（见图2中的过程d）。最终获得柔性氧化镓基日盲紫外光电探测器。

实施例3

参见附图2，物理气相沉积法方法以高温管式炉为生长设备，以单一的载气氩气为生长气体1，石英舟2中装1g的氧化镓和碳粉做为镓源3，在石英衬底4上生长氧化镓微米带5（见图2中的过程a）；将石英衬底上生长的氧化镓微米带5转移到聚乙烯（PE）材料的柔性衬底6上（见图2中的过程b）；利用热蒸发镀膜设备结合光刻掩模技术，在氧化镓微米带5两端制备采用Ni/Au复合层的金属电极7，采用Ni/Au复合层的金属电极7的厚度为500nm（见图2中的过程c）；连接电源进行性能测试（见图2中的过程d）。最终获得柔性氧化镓基日盲紫外光电探测器。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。