一种基于大面积、高质量的In2Se3/Ga2O3异质结结构及其制备方法和应用

本发明涉及光电探测器，尤其涉及一种大面积、高质量的in2se3/ga2o3异质结结构及其制备方法和应用，特别是在日盲型紫外光电探测器和/或三端场效应晶体管中的应用。

背景技术：

1、随着电子信息以及光电探测技术的发展，深紫外(uv)光电探测器(pd)已经成为国内外研究的热点。在光谱中，10～400nm的光被称为紫外光，其中200-280nm波段为深紫外区间(uvc)。尽管在深紫外辐射下可以杀死细菌和病毒，但是对于任何一种生命体来说，深紫外光都具有高度破坏性，它会使生命体的基因发生突变，对人类来说是致癌物质，同时，深紫外辐射对于皮肤和眼睛都具有破坏性的影响。得益于臭氧层对深紫外光的吸收，到达地球表面的自然光几乎没有200-280nm的紫外光，所以这个区间又被称之为“日盲区”，也就是说日盲区间的光电探测器放置在太阳光下几乎没有任何响应。基于此，日盲型光电探测器对于深紫外光源的响应几乎不受外界的干扰，在导弹跟踪、火焰检测、电晕检测和臭氧层空洞检测等领域中都具有良好的应用前景。其中，导弹的尾焰可以被日盲型光电探测器检测到，从而达到导弹跟踪的目的。众所周知，火灾发生的初级阶段，燃烧在空气中发生并产生肉眼完全看不见的火焰，而日盲紫外光电探测器就具有可以轻松的探测到这种“看不见的”的火焰的能力，因此可以提前预警从而避免重大灾难的发生。此外，在电力系统中，由于高压产生的电晕放电可以被紫外探测器检测出来，利用紫外探测可以进行故障识别和故障预警，从而大大地提高了电力系统运行的安全性。因此，自从日盲型紫外探测技术被提出以来，由于其灵敏度高、抗干扰能力强且在军事、航天、医疗、电力以及家用等方面有诸多应用而倍受关注。

2、由于氧化镓具有类似于其它宽禁带宽度材料(如zno和aln)的结构，常被用于制备氧化镓光电探测器。但目前的氧化镓光电探测器存在器件暗电流大，光电响应差等缺点。硒化铟(in2se3)由于其为层状结构的iii-vi半导体，具有良好的光电响应以及优异的稳定性，但是其薄膜的大面积生长一直是一大挑战。

3、构筑in2se3/ga2o3异质结可以结合二者的优点，提升日盲紫外光电探测器的光电性能。

4、基于上述理由，特提出本技术。

技术实现思路

1、基于上述理由，针对现有技术中存在的问题或缺陷，本发明的目的在于提供一种大面积、高质量的in2se3/ga2o3异质结结构及其制备方法和应用，解决或至少部分解决现有技术中存在的上述技术缺陷。

2、为了实现本发明的上述第一个目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种大面积、高质量的in2se3/ga2o3异质结结构，包括ga2o3薄膜和in2se3薄膜，所述in2se3薄膜设置在ga2o3薄膜表面，其中：所述ga2o3薄膜和in2se3薄膜的尺寸均为英寸级。

4、进一步地，上述技术方案，在本发明的优选实施例中，所述绝缘衬底为si或c面蓝宝石。

5、进一步地，上述技术方案，所述ga2o3薄膜和in2se3薄膜的尺寸均为0.1-10英寸。在本发明的优选实施例中，所述ga2o3薄膜的尺寸为4英寸，即所述ga2o3薄膜的边长为4英寸；所述in2se3薄膜的尺寸为0.5英寸，即所述in2se3薄膜的边长为0.5英寸。

6、进一步地，上述技术方案，在本发明的优选实施例中，所述ga2o3薄膜和in2se3薄膜的厚度均为10-100nm。

7、进一步地，上述技术方案，在本发明的优选实施例中，所述ga2o3薄膜采用ald生长，然后进行热处理后获得。

8、进一步地，上述技术方案，所述热处理具体是将ald生长获得的氧化镓薄膜从室温升温至300-500℃下退火2～4h，然后降温至室温即可。

9、进一步地，上述技术方案，在本发明的优选实施例中，所述in2se3薄膜通过化学气相沉积法cvd生长获得。

10、本发明的第二个目的在于提供上述所述大面积、高质量的in2se3/ga2o3异质结结构的制备方法，包括如下步骤：

11、提供绝缘衬底；

12、制备大面积、高质量的ga2o3薄膜；

13、制备大面积、高质量的in2se3薄膜；

14、将大面积in2se3薄膜转移到ga2o3薄膜表面，即得到所述的大面积、高质量的in2se3/ga2o3异质结结构。

15、进一步地，上述技术方案，所述大面积、高质量的ga2o3薄膜的制备方法具体如下：

16、(1)将洁净干燥的绝缘衬底放入ald设备的腔室中，将基材暴露在氧等离子体中一段时间以预处理表面并去除衬底表面的污染物；然后依次经三乙基镓沉积、氩气吹扫和通氧气，在衬底上生长氧化镓，得到氧化镓薄膜；

17、(2)将步骤(1)所述氧化镓薄膜从室温升温至300-500℃下退火2～4h，然后降温至室温，即得ga2o3薄膜。

18、更进一步地，上述技术方案，步骤(2)中所述升温和降温的速率均为4～6℃/min。

19、更进一步地，上述技术方案，在本发明的优选实施例中，步骤(2)中所述退火的温度为400℃。

20、进一步地，上述技术方案，所述大面积、高质量的in2se3薄膜的具体制备方法如下：

21、利用in2se3粉末在氟晶云母衬底表面通过化学气相沉积法cvd生长大面积in2se3薄膜。

22、进一步地，上述技术方案，所述将大面积in2se3薄膜转移到ga2o3薄膜表面的方法如下：通过高分子薄膜pmma将大面积in2se3薄膜转移到ga2o3薄膜表面。此外in2se3薄膜也能直接转移到其它衬底上，例如fto、ito、pet、石英、si片等衬底。

23、本发明的第三个目的在于提供上述所述大面积、高质量的in2se3/ga2o3异质结结构在日盲型紫外光电探测器和/或三端场效应晶体管中的应用。本发明提供的光电器件具有良好的光电响应。

24、本发明还提供了一种基于大面积、高质量的in2se3/ga2o3异质结结构的日盲型紫外光电探测器，所述探测器包括衬底、in2se3/ga2o3异质结结构和两端金属电极，所述两端金属电极分别位于ga2o3薄膜和in2se3薄膜上，异质结结区位于两电极之间。

25、本发明也提供了上述所述基于大面积、高质量的in2se3/ga2o3异质结结构的日盲型紫外光电探测器的制备方法，将含有in2se3/ga2o3异质结结构的绝缘衬底放置在热蒸发镀膜机中，通过热蒸发镀膜将金属电极蒸镀到含有in2se3/ga2o3异质结的绝缘衬底上，蒸发镀膜完毕后移除掩模版，即得in2se3/ga2o3异质结型日盲紫外光电探测器。

26、本发明还提供了一种三端场效应晶体管，包含源极(s)、漏极(d)和栅极(g)，栅极和源极之间设置有绝缘层，氧化镓薄膜置于绝缘层上，硒化铟薄膜置于氧化镓薄膜上，源极和漏极电极分别位于氧化镓薄膜和硒化铟薄膜上。

27、进一步地，上述技术方案，所述绝缘层材料为二氧化硅。

28、进一步地，上述技术方案，所述栅极材料为硅(si)电极，源源极和漏电极材料均为金(au)电极。

29、与现有技术相比，本发明涉及的一种大面积、高质量的in2se3/ga2o3异质结结构及其制备方法和应用，具有如下有益效果：

30、本发明制备了一种新型in2se3/ga2o3异质结结构的日盲紫外光电探测器，然而目前不论是ga2o3薄膜还是in2se3薄膜，其大面积、高质量薄膜生长均是一种挑战，本发明成功生长了大面积、高质量的in2se3和ga2o3薄膜，并将其制备成新型的in2se3/ga2o3异质结结构；同时本技术采用in2se3/ga2o3异质结结构，使得日盲型紫外光电探测器器件具有更低的暗电流，在低光强下仍具有较高的开关比。