利用锡掺杂氧化镓微米线制备网格状光电探测装置的方法

本发明涉及光电元器件的，特别是涉及利用锡掺杂氧化镓微米线制备网格状光电探测装置的方法。

背景技术：

1、光电探测器是一种把光辐射信号转变为电信号的器件，其工作原理是基于半导体或者金属材料的光电效应。由于深紫外线辐射会被地球大气中的臭氧和水蒸气中的颗粒物吸收，因此波长在200-280nm的太阳辐射不能穿透大气层并到达地球表面，形成了所谓的太阳盲区。工作在这一区域的光电探测器称为日盲光电探测器。由于日盲紫外区的光信号在大气层中的背景噪声低，所以就使得日盲光电探测器通常具有较高的信噪比、低的虚警率、高精准度、高灵敏度等优点。因此，光电探测器在民用和军事方面都具有重要的意义，包括火灾预警、水净化处理、紫外预警和紫外对抗等方面。最近，一些宽带隙半导体，如algan、aln、znmgo、金刚石以及氧化镓，已经被开发用于太阳能盲光电探测器。与其他材料相比，氧化镓具有显著的优势：氧化镓带隙为4.9ev，直接对应于日盲波段，且具有较高的化学稳定性，相比于其他材料生长成本较低。同时，一维纳米线具有量子约束效应、以及表面尺寸效应，可显著提高器件的光吸收以及载流子运输特性。

2、随着光电器件朝集成化、小型化的方向发展,阵列化的光电探测器则成了大家的研究热点。日盲光电探测系统一般包含三部分：日盲光电探测阵列、读出电路、信号处理电路。其中日盲探测阵列为探测系统的主要部分，是将光信号转变为电信号的重要器件。2017年利用氧化镓材料制备的探测器阵列被首次提出，尽管取得了一定的进展，但由于复杂的制备工艺以及较高的设备要求，仍然阻碍了其发展。因此开发更为简单的制备方法成为摆在本领域技术人员面前的问题。

技术实现思路

1、为了解决存在的上述问题，满足优异的加工性和低制造成本的特点，本发明提供了一种锡掺杂氧化镓微米线制备网格状光电探测装置的简单制备方法。

2、本发明的技术方案是：一种利用锡掺杂氧化镓微米线制备网格状光电探测装置的方法，包括如下步骤；

3、步骤1：制作锡掺杂氧化镓微米线，

4、步骤2：准备布网用蓝宝石衬底，

5、步骤3：溅射制作图案化电极

6、采用磁控溅射仪器在布网用蓝宝石衬底上溅射特定图案的金电极，

7、步骤4：选线和转移

8、在显微镜下挑选长度适中的微米线，将掺锡氧化镓微米线转移到步骤3完成后的布网用蓝宝石衬底上，

9、步骤5：交叉布网和固定

10、在显微镜下用镊子将2n根锡掺杂氧化镓微米线在已溅射特定图案的金电极的布网用蓝宝石衬底上相互交叉排列，n根掺锡氧化镓微米线作为经线、n根掺锡氧化镓微米线作为纬线，形成n×n网格状结构，n≥4，同时在显微镜下用将锡掺杂氧化镓微米线两端固定到金电极上。

11、优选的，所述的步骤1包括如下子步骤

12、101）将的氧化镓粉末、活性炭粉末、和氧化锡粉末按照质量比为 1:1:2 进行称取，混合后放入研钵中、加入无水乙醇至淹没混合粉末，然后进行充分研磨；

13、102）清洗制线用蓝宝石衬底，利用磁控溅射方法在已清洁的制线用蓝宝石衬底上沉积500 nm厚的金薄膜，将沉积有金薄膜的制线用蓝宝石衬底进行急速退火；退火后，制线用蓝宝石衬底上的金薄膜裂成金颗粒，形成带金颗粒的制线用蓝宝石衬底；

14、103）在常规cvd管式炉中，将步骤101）研磨好的混合粉末放入刚性舟的中心位置，将带金颗粒的制线用蓝宝石衬底倒置在混合粉末的正上方, 金颗粒面对粉末，设置ar=200sccm和o2=5sccm，3h升温至1160℃，保温1h,在制线用蓝宝石衬底上肉眼清晰可见大量白色的锡掺杂氧化镓微米线。

15、优选的，所述的步骤2具体如下

16、将双面抛光的蓝宝石衬底切割为1.5cm×1.5cm 方形，然后将双面抛光的蓝宝石衬底依次用丙酮清洗15min、无水乙醇清洗15min、去离子水超声清洗15min，用氮气吹干双面抛光的蓝宝石衬底表面，作为布网用蓝宝石衬底。

17、优选的，所述的步骤3具体如下

18、将定制刚性掩膜版覆盖在布网用蓝宝石衬底上，采用磁控溅射仪器，沉积厚度为d的金电极，80nm≤d≤120nm，共计4n个内侧金电极呈正方形四边布置，每个边上为n个等间距布置的内侧金电极，对边的内侧金电极两两相对，对边的间距为l。

19、优选的，所述的步骤4包括如下子步骤

20、401）将锡掺杂氧化镓微米线用镊子转移到清洗干净的蓝宝石衬底上，在显微镜下将其分为单根微米线，

21、402）在显微镜下，选取2n根长度为l±0.1mm的掺锡氧化镓微米线，用镊子依次将选取微米线转移到已经图案化电极的布网用蓝宝石衬底上。

22、优选的，所述的步骤5）布网后的网格为经、线纬线上下交替的平纹组织。

23、优选的，所述的步骤5具体如下

24、在显微镜下，在布网用蓝宝石衬底上进行经纬交替布线织网的步骤如下，

25、501）选择一根微米线作为第一根经线，该微米线的两端分别第一列金电极相接近或接触，后用银浆固定；

26、502）选择一根微米线作为第一根纬线，该微米线的两端分别第一行金电极两端相接近或接触，后用银浆固定；

27、503）选择一根微米线作为第二根经线，该微米线的两端分别第二列金电极相接近或接触，后用银浆固定；

28、504）选择一根微米线作为第二根维线，在衬底上滴加无水乙醇覆盖该微米线，使微米线软化，将该微米线从第一根经线下部穿过；微米线的两端分别第二行金电极相接近或接触，后用银浆固定；

29、505）选择一根微米线作为第三根经线，在衬底上滴加无水乙醇覆盖该微米线，使该微米线软化，将该微米线从第一根纬线下部穿过；微米线的两端分别第三列金电极相接近或接触，后用银浆固定；

30、506）选择一根微米线作为第三根纬线，在衬底上滴加无水乙醇覆盖该微米线，使微米线软化，将该微米线依次从第二根经线下部穿过、第一根经线上部越过；微米线的两端分别第三行金电极相接近或接触，后用银浆固定；

31、507）选择一根微米线作为第四根经线，在衬底上滴加无水乙醇覆盖该微米线，使微米线软化，将该微米线依次从第二根纬线下部穿过、第一根纬线上部越过；微米线的两端分别第四列金电极相接近或接触，后用银浆固定；

32、508）选择一根微米线作为第四根纬线，在衬底上滴加无水乙醇覆盖该微米线，使微米线软化，将该微米线依次从第三根经线下部穿过、第二根经线上部越过；第一根经线下部穿过；微米线的两端分别第四行金电极相接近或接触，后用银浆固定；

33、采用上述方法，依次交替将第5-n根经线和第5-n根纬线布线穿线固定在布网用蓝宝石衬底上的对应金电极之间，形成n×n的网格状光电探测器。

34、优选的，所述的银浆固定具体如下，

35、用钨针蘸取少量银浆，点在微米线两端上和电极上，将微米线端部与电极初步连接，而后放在90℃的加热台上将银浆烘干，最终使微米线固定在金电极上，

36、优选的，所述的n=8。

37、优选的，所述的l=4mm。

38、本发明的有益效果是：

39、（1）本发明设计的基于锡掺杂氧化镓微米线制备的网格状光电探测装置其结构稳定性良好，制备方法具有成本低、操作步骤简单、开发周期短、设备要求低的优点；

40、（2）本发明制备的掺锡氧化镓微米线长度可达到4mm以上，为后续编织成网格提供了可操作性。

41、（3）该方法形成的网格状光电探测装置，单个响应速度快，较高的开关比、量子效率高的探测器集成化，使其光电性能研究不限制在单个器件上。

42、（4）该方法形成的网格状光电探测装置，实施例中在平面内实现了8×8阵列，实现了高密度集成。

43、（4）该方法制作出来的网格状光电探测装置，其编织结构的经纬交叉点的叠合接触力就更大，能够保证导电效果，方便该网格状光电探测器多次和长久使用。

44、（5）该方法制作出来的网格状光电探测装置，光斑照射到交叉点与非交叉点的内部电流数据有较大的量级差别，根据这个光斑投射位置与电流的关系，可以将该装置用于图像的检测，并可以作为成像的元器件进行使用。