一种多层宽禁带氧化物紫外探测器及其制备方法

本发明涉及紫外探测器，特别涉及一种多层宽禁带氧化物紫外探测器及其制备方法。

背景技术：

1、紫外探测器被广泛的应用于天文学、燃烧工程、水净化处理、火焰探测、生物效应、天际通信以及环境污染监测等领域。目前在军事和实际生活上应用的探测器主要以硅基紫外光电管和光电倍增管为主，但是二者体积笨重，功耗比较大，而且还需要自带滤光片，这些缺点在很大程度上限制了它们应用的推广。

2、ga2o3作为一种新型的直接带隙宽禁带半导体，其室温下的禁带宽度为4.9ev左右，因其禁带宽度大，吸收边正好位于日盲紫外波段，是天然的制备紫外探测器的材料。但是由于目前基于ga2o3材料的紫外探测器综合性能还比较低，特别是具有较高响应度的器件的响应时间往往较长。此外，传统宽禁带半导体紫外探测器还存在响应度和暗电流之间矛盾的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服已有技术的缺陷，提出一种多层宽禁带氧化物紫外探测器及其制备方法，制得的紫外探测器具有位于底部的第一ga2o3层、位于中间的znmgo层、以及位于上部的第二ga2o3层的三层氧化物结构，位于中间的znmgo层的吸收截止边在290～360nm范围内可调。

2、为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

3、本发明提供的多层宽禁带氧化物紫外探测器，包括依次叠加设置的衬底、多层宽禁带氧化物薄膜以及电极，多层宽禁带氧化物薄膜包括依次生长在衬底上的第一ga2o3层、znmgo层以及第二ga2o3层，znmgo层的吸收截止边在290～360nm范围内可调。

4、优选地，电极包括au电极和al电极，au电极生长在第二ga2o3层上，al电极生长在第一ga2o3层上。

5、本发明提供上述多层宽禁带氧化物紫外探测器的制备方法，包括如下步骤：

6、s1、将清洗后的衬底置于mocvd生长设备中并加热，以有机镓化合物作为镓源、氧气作为氧源，在加热后的衬底表面生长第一ga2o3层；

7、s2、将第一ga2o3层部分覆盖蓝宝石掩膜，并置于mocvd生长设备中加热，以有机锌化合物作为锌源、氧气作为氧源，在第一ga2o3层未覆盖蓝宝石掩膜部分的表面生长zno过渡层；

8、s3、以有机镁化合物作为镁源、有机锌化合物作为锌源、氧气作为氧源，在zno过渡层的表面生长znmgo层；

9、s4、在znmgo层的表面通过蒸镀或旋涂的方法制备ga过渡层；

10、s5、将制备有ga过渡层的衬底置于mocvd生长设备中加热，以有机镓化合物作为镓源、氧气作为氧源，在ga过渡层的表面生长第二ga2o3层；

11、s6、在第二ga2o3层上生长au电极，取下蓝宝石掩膜并在原覆盖部分的第一ga2o3层上生长al电极，制得多层宽禁带氧化物紫外探测器。

12、优选地，步骤s1中，使用三氯乙烯、丙酮、乙醇分别清洗衬底，衬底为蓝宝石、氧化镁、氧化锌、铝酸镁中的任意一种；步骤s3中，znmgo层为六角相结构。

13、优选地，步骤s4中，通过蒸镀法制备ga过渡层时，蒸镀压力1×10-3～1×10-2pa，蒸镀电流10～140a，蒸镀ga的量5～50mg；通过旋涂法制备ga过渡层时，旋涂的ga的量为5～50mg，旋涂温度30～60℃，旋涂的转速为500～3000r/min，旋涂时间1～60s。

14、优选地，镓源为三甲基镓或三乙基镓，锌源为二乙基锌，镁源为二甲基茂镁。

15、优选地，步骤s5中，以有机镓化合物作为镓源、氧气作为氧源，先通入氧气1～20min，或将镓源和氧气同时通入，在ga过渡层的表面生长第二ga2o3层。

16、优选地，步骤s1～s3以及s5中，加热温度500～800℃，mocvd生长设备的真空度2×102～1×104pa，氧气流速100～1000ml/min，镓源、锌源和镁源均以高纯氮气作为载气，镓源载气流速5～40ml/min，锌源载气流速为5～50ml/min，镁源载气流速为5～100ml/min；第一ga2o3层和第二ga2o3层的生长时间0.5～5h，生长完成后以0.1～50℃/min的速度降至室温。

17、本发明能够取得如下技术效果：

18、发明提供的第一ga2o3层、znmgo层、第二ga2o3层三层氧化物均具有良好的结晶质量，且位于中间的znmgo层的吸收截止边在290～360nm范围内可调，其制备工艺简单，反应过程容易控制。

技术特征：

1.一种多层宽禁带氧化物紫外探测器，其特征在于，包括依次叠加设置的衬底、多层宽禁带氧化物薄膜以及电极，所述多层宽禁带氧化物薄膜包括依次生长在所述衬底上的第一ga2o3层、znmgo层以及第二ga2o3层，所述znmgo层的吸收截止边在290～360nm范围内可调。

2.根据权利要求1所述的多层宽禁带氧化物紫外探测器，其特征在于，所述电极包括au电极和al电极，所述au电极生长在所述第二ga2o3层上，所述al电极生长在所述第一ga2o3层上。

3.一种如权利要求1或2任一项所述的多层宽禁带氧化物紫外探测器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的多层宽禁带氧化物紫外探测器的制备方法，其特征在于，步骤s1中，使用三氯乙烯、丙酮、乙醇分别清洗衬底，所述衬底为蓝宝石、氧化镁、氧化锌、铝酸镁中的任意一种；步骤s3中，所述znmgo层为六角相结构。

5.根据权利要求3所述的多层宽禁带氧化物紫外探测器的制备方法，其特征在于，步骤s4中，通过蒸镀法制备ga过渡层时，蒸镀压力1×10-3～1×10-2pa，蒸镀电流10～140a，蒸镀ga的量5～50mg；通过旋涂法制备ga过渡层时，旋涂的ga的量为5～50mg，旋涂温度30～60℃，旋涂的转速为500～3000r/min，旋涂时间1～60s。

6.根据权利要求3所述的多层宽禁带氧化物紫外探测器的制备方法，其特征在于，所述镓源为三甲基镓或三乙基镓，所述锌源为二乙基锌，所述镁源为二甲基茂镁。

7.根据权利要求3所述的多层宽禁带氧化物紫外探测器的制备方法，其特征在于，步骤s5中，以有机镓化合物作为镓源、氧气作为氧源，先通入氧气1～20min，或将镓源和氧气同时通入，在所述ga过渡层的表面生长第二ga2o3层。

8.根据权利要求3所述的多层宽禁带氧化物紫外探测器的制备方法，其特征在于，步骤s1～s3以及s5中，加热温度500～800℃，mocvd生长设备的真空度2×102～1×104pa，氧气流速100～1000ml/min，镓源、锌源和镁源均以高纯氮气作为载气，镓源载气流速5～40ml/min，锌源载气流速为5～50ml/min，镁源载气流速为5～100ml/min；第一ga2o3层和第二ga2o3层的生长时间0.5～5h，生长完成后以0.1～50℃/min的速度降至室温。

技术总结
本发明涉及紫外探测器技术领域，特别涉及一种多层宽禁带氧化物紫外探测器及其制备方法。紫外探测器包括依次生长在衬底上的第一Ga<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;层、ZnMgO层以及第二Ga<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;层，六角相ZnMgO层的吸收截止边在290～360nm可调。制备方法包括将清洗后的衬底置于MOCVD生长设备中依次生长第一Ga<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;层、ZnO过渡层、六角相ZnMgO层、Ga过渡层、第二Ga<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;层，在第二Ga<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;层上生长Au电极，在第一Ga<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;层上生长Al电极。本发明提供的多层宽禁带氧化物薄膜的三层氧化物均具有良好的结晶质量，且位于中间的六角相ZnMgO层的吸收截止边在290～360nm可调，其制备工艺简单，反应过程容易控制。

技术研发人员：陈星,刘可为,申德振
受保护的技术使用者：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15