基于(AlxGa1-x)2O3材料MSM结构的紫外光电探测器及其制备方法与流程

本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种基于(alxga1-x)2o3材料msm结构的紫外光电探测器及其制备方法。

背景技术：

近年来，随着科学技术的发展、光电技术的成熟，紫外光电探测器在民用和军事领域得到了广泛的应用。目前常用的紫外光电探测器是mos(金属-氧化物-半导体)结构，这种结构的紫外光电探测器都只能探测比较单一的光谱响应范围内的信号。然而，用于光波分复用技术、多光谱测量仪表以及激光警告等都需要能同时检测两个及以上光谱响应范围内的光信号；因此发展两个及以上光谱响应范围的紫外光电探测器对未来探测多波段信号具有很重要的意义。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于(alxga1-x)2o3材料msm结构的紫外光电探测器及其制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明的一个实施例提供了一种基于(alxga1-x)2o3材料msm结构的紫外光电探测器的制备方法，包括：

选取蓝宝石作为衬底材料；

在所述衬底材料表面生长(alxga1-x)2o3层形成光吸收层；

采用掩模版在所述光吸收层表面形成不对称叉指电极，以完成所述msm结构的紫外光电探测器的制备。

在本发明的一个实施例中，选取蓝宝石作为衬底材料，包括：

选取c面蓝宝石作为衬底材料。

在本发明的一个实施例中，在所述衬底材料表面生长(alxga1-x)2o3形成光吸收层，包括：

对磁控溅射设备的溅射腔体进行抽真空后通入氩气和氧气；

以化合物陶瓷靶材作为第一溅射靶材，在所述衬底材料表面生长(alxga1-x)2o3形成光吸收层。

在本发明的一个实施例中，所述化合物陶瓷靶材为ga2o3和al2o3。

在本发明的一个实施例中，ga2o3的溅射功率为100w；al2o3的溅射功率为50～90w。

在本发明的一个实施例中，(alxga1-x)2o3中x的取值范围为0.52～0.7。

在本发明的一个实施例中，采用掩模版在所述光吸收层表面形成不对称叉指电极，包括：

对磁控溅射设备的溅射腔体进行抽真空后通入氩气；

以金属材料作为第二溅射靶材，在所述光吸收层表面形成不对称叉指电极。

在本发明的一个实施例中，所述金属材料为au、al、ni、pt或ti。

在本发明的一个实施例中，所述掩膜版为不对称叉指掩膜版。

本发明的另一个实施例提供了一种基于(alxga1-x)2o3材料msm结构的紫外光电探测器，所述紫外光电探测器由上述实施例中任一所述的方法制备形成；所述紫外光电探测器包括：由下至上竖直分布的衬底层、光吸收层、不对称叉指电极。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明由于采用了磁控共溅法可以控制(alxga1-x)2o3中al的含量，紫外光电探测器在高al组份的情况下，(alxga1-x)2o3会发生相的分离，从而会产生两个光学带隙，即对两个紫外光谱范围产生感应，有利于同一个探测器在两个光波波段的检测，提高紫外光电探测器的利用；

2、本发明的紫外光电探测器由于采用了不对称的叉指掩模版，使得形成的电极具有不对称性，从而导致两边的势垒高度不一样，因而形成自供电特性，并且在很大程度上提高了紫外光电探测器的灵敏度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于(alxga1-x)2o3材料msm结构的紫外光电探测器的制备方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种基于(alxga1-x)2o3材料msm结构的紫外光电探测器的截面结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种基于(alxga1-x)2o3材料msm结构的紫外光电探测器的俯视结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种制备(alxga1-x)2o3的设备结构图；

图5为本发明实施例提供的一种基于(alxga1-x)2o3材料msm结构的紫外光电探测器的叉指掩模版结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一：

msm结构是指金属-半导体-金属结构，msm结构的紫外光电探测器是指金属-半导体-金属型紫外光电探测器。这种结构是由平面线型叉指电极和半导体材料形成“背靠背”的双肖特基势垒。msm型紫外光电探测器不需要进行p型掺杂，具有响应度高、速度快、随偏压变化小、制备工艺简单、造价低、易于单片集成等优点。

请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种基于(alxga1-x)2o3材料msm结构的紫外光电探测器的制备方法的流程示意图，该方法包括如下步骤：

步骤a：选取蓝宝石作为衬底材料；

步骤b：在所述衬底材料表面生长(alxga1-x)2o3形成光吸收层；

步骤c：采用掩模版在所述光吸收层表面形成不对称叉指电极，以完成所述msm结构的紫外光电探测器的制备。

在一个具体实施例中，选取c面蓝宝石作为衬底材料。

在一个具体实施例中，步骤b可以包括以下步骤：

步骤b1：对磁控溅射设备的溅射腔体进行抽真空后通入氩气和氧气；

步骤b2：以化合物陶瓷靶材作为第一溅射靶材，在所述衬底材料表面生长(alxga1-x)2o3形成光吸收层。

其中，所述化合物陶瓷靶材为ga2o3和al2o3。

在一个具体实施例中，ga2o3的溅射功率为100w；al2o3的溅射功率为50～90w。

在一个具体实施例中，(alxga1-x)2o3中x的取值范围为0.52～0.7。

在一个具体实施例中，步骤c可以包括以下步骤：

步骤c1：对磁控溅射设备的溅射腔体进行抽真空后通入氩气；

步骤c2：以金属材料作为第二溅射靶材，在所述光吸收层表面形成不对称叉指电极。

其中，所述金属材料为au、al、ni、pt或ti。

在一个具体实施例中，第二溅射靶材由两种不同的金属材料组成。

在一个具体实施例中，所述掩膜版为不对称叉指掩膜版。

请参见图2和图3，图2为本发明实施例提供的一种基于(alxga1-x)2o3材料msm结构的紫外光电探测器的截面结构示意图；图3为本发明实施例提供的一种基于(alxga1-x)2o3材料msm结构的紫外光电探测器的俯视结构示意图。该紫外光电探测器包括：衬底层1、光吸收层2、不对称叉指电极3。衬底层1、光吸收层2、不对称叉指电极3按顺序由下至上竖直分布，形成多层结构，构成紫外光电探测器。

本发明实施例，可以通过控制al2o3的溅射功率从而控制(alxga1-x)2o3中al的含量，高al组分的(alxga1-x)2o3会发生相的分离，从而会产生两个光学带隙，即对两个紫外光谱范围产生感应。另外，由于电极的不对称性，导致两边的势垒高度不一样，从而形成自供电特性，并且在很大程度上提高了紫外光电探测器的灵敏度。

实施例二：

本实施例在上述实施例的基础上，对本发明的紫外光电探测器的制备方法进行详细描述。

步骤1：选取双面抛光的蓝宝石衬底，厚度为500μm。

衬底选用蓝宝石的理由：首先，蓝宝石衬底的生产技术成熟、器件质量较好；其次，蓝宝石的稳定性很好，能够运用在高温生长过程中；最后，蓝宝石的机械强度高，易于处理和清洗。

进一步地，选用c面蓝宝石作为衬底材料。c面是指蓝宝石的[0001]晶向，蓝宝石沿[0001]晶向生长的工艺成熟、成本相对较低，物化性能稳定。

步骤2：在蓝宝石衬底上通过磁控共溅射法溅射ga2o3和al2o3，从而生长(alxga1-x)2o3得到光吸收层。

具体地,对磁控溅射设备的溅射腔体进行抽真空后通入氩气和氧气；

以ga2o3和al2o3作为第一溅射靶材，在所述衬底材料表面生长(alxga1-x)2o3形成光吸收层。

请参见图4，图4为本发明实施例提供的一种制备(alxga1-x)2o3的设备结构图。该设备包括：为第一溅射靶材提供电源的射频电源4、靶材托5、第一溅射靶材挡板6、进气口7、连接真空系统的抽气管道8、基片挡板9、样品衬底放置的托盘10、基地加热盘11、旋转机12。旋转机12用来保障沉积薄膜的均匀性。

其中，第一溅射靶材选用质量百分比大于等于99.99％的ga2o3和al2o3，溅射功率分别为100w和90w，以质量百分比大于等于99.999％的氧气和氩气作为溅射气体通入溅射腔，溅射前，对磁控溅射设备的溅射腔体进行抽真空，然后通过进气口7通入氩气进行清洗，将蓝宝石衬底置于托盘10上，基地加热盘11开始加热，然后通过进气口7通入氧气开始沉积，将第一溅射靶材置于靶材托5处，接通射频电源4，在真空度为4×10^-4～6×10^-4pa、氩气流量为20cm³/s、氧气流量为5cm3/s、靶材基距为5cm的条件下，通过改变al2o3靶材的溅射功率来得到具有高组份al的(alxga1-x)2o3层材料，同时利用旋转机12来保障沉积薄膜的均匀性，从而形成光吸收层。

溅射过程中，衬底层温度为610℃，沉积溅射时间为1h，随后在750℃条件下进行原位退火2h。

在一个具体实施例中，通过改变al2o3靶材的溅射功率，可以使(alxga1-x)2o3中x的取值范围为0.52～0.7。al含量在这个范围内属于高al含量，在高al组分的情况下，(alxga1-x)2o3会发生相分离，从而会对两个光波波段产生感应。

步骤3：请参见图5，图5为本发明实施例提供的一种基于(alxga1-x)2o3材料msm结构的紫外光电探测器叉指掩模版结构示意图。采用叉指掩模版在所述光吸收层表面形成不对称叉指电极，以完成所述msm结构的紫外光电探测器的制备。

其中，所述掩膜版为不对称叉指掩膜版。

利用磁控溅射工艺在(alxga1-x)2o3材料层上表面磁控溅射叉指电极材料，其中，第二溅射靶材分别选用质量百分比大于等于99.99％的au靶材和al靶材，以质量百分比大于等于99.999％的氩气作为溅射气体通入溅射腔，溅射前，对磁控溅射设备腔体进行抽真空，然后用氩气进行清洗。在真空度为4×10^-4～6×10^-4pa、氩气流量为20cm³/s、靶材基距为5cm和工作电流为1a的条件下溅射形成不对称叉指电极。

其中，au和al的厚度都为120nm。au和al也可以由ni、pt或ti代替。

叉指掩膜板的大小为：指长l为2800μm、第一指宽d1为400μm、第二指宽d2为200μm、指间距w为200μm。

在一个具体实施例中，沉积叉指电极没有先后顺序，可以根据具体情况具体对待。但是必须保障叉指电极的两个宽窄电极材料不一样；这里的宽窄电极是根据叉指电极的指宽决定的，指宽宽的称为宽电极，指宽窄的称为窄电极。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明实施例通过磁控共溅法改变al2o3靶材的功率大小，来得到高al组分的(alxga1-x)2o3层材料，使其相发生分离，从而制备双波段紫外光电探测器件；

2、本发明实施例制备的紫外光电探测器具有不对称的叉指电极，不对称的叉指电极之间会形成额外的电势差，有内部电势差产生内部准电场，在电场力的作用下不仅有利于光生电子-空穴对的分离，而且可以为紫外光电探测器提供能量，形成一种自供电的探测器，并且在很大程度上提高了紫外光电探测器的灵敏度。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。