基于金納米粒子增強氧化鎵薄膜的紫外探測器件及其制備方法
【技術領域】
[0001]一種基于氧化鎵薄膜的紫外探測器件，具體是指一種基于金納米粒子增強Ga2O3薄膜的紫外探測器及其制備方法。
技術背景
[0002]隨著紫外探測技術的發展，紫外探測器越來越受到人們的重視。之前在商業和軍事上應用較多的有光電倍增管。光電倍增管需要在高電壓下工作，并且體積笨重、容易損壞，對實際應用有很大的局限性。寬禁帶半導體材料具有優越的物理化學特性和潛在的技術優勢，用它們制作的器件在高頻、高溫、高功率和短波長應用方面具有優越的工作特性，使得它們在軍用、民用領域有更好的發展前景，一直受到半導體業界人士的關注。隨著單晶生長技術和異質結外延技術的突破，使得寬禁帶半導體紫外探測器件(例如SiC、GaN、ZnO等)的研制和應用得到迅速的發展。
[0003]P-Ga2O3是一種具有深紫外特性的半導體材料，200nm的P-Ga2O3薄膜在紫外光區域能達到80%以上的透過率，彌補了傳統TCO材料在深紫外區域透過性低的缺點；而且因為比較寬的帶隙，0-Ga2O3能夠發出較短波長的光，在通過摻雜Mn、Cr、Er等稀土元素的情況下，還能夠用來制作深紫外光電器件。本專利利用射頻磁控濺射方法制備了金納米粒子增強β-Ga2O3薄膜結構，并通過微納米加工技術進一步組裝成紫外光電探測器。該器件具有良好的光電響應，穩定性好，反應靈敏，加工工藝重復性好，結構牢固等優點，具有很大的應用前景。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種靈敏度高、穩定性好、響應時間短、探測能力強的基于金納米粒子增強氧化鎵薄膜的紫外探測器件及其制備方法。
[0005]本發明的技術方案為:
[0006]—種基于金納米粒子增強氧化鎵薄膜的紫外探測器件，其特征在于由Ga2O3薄膜、金納米顆粒、η型Si襯底以及金叉指電極組成。
[0007]如圖1所示為本發明設計的金納米粒子增強氧化鎵薄膜的紫外探測器件的示意圖，所述的金納米粒子增強氧化鎵薄膜結構為在Ga2O3薄膜表面生長金納米粒子，制成具有等離激元共振增強效應的紫外光電探測器件。
[0008]所述的η型Si襯底作為制備金納米粒子增強氧化鎵薄膜的襯底。
[0009]所述一種基于金納米粒子增強氧化鎵薄膜的紫外探測器的制備方法，采用微納米加工技術，步驟如下:
[0010]1.η型Si襯底預處理:將η型Si襯底放入V(HF): V(H2O2 ) = 1: 5的溶液中浸泡以去除自然氧化層，然后用丙酮、乙醇和去離子水分別超聲清洗，并真空干燥；
[0011 ] 2.放置靶材和襯底:把Ga2O3靶材放置在射頻磁控濺射系統的靶臺位置，將步驟I)處理后的η型Si襯底固定在樣品托上，放進真空腔；
[0012]3.Ga2O3薄膜沉積過程:先將腔體抽真空，加熱η型Si襯底，通入氬氣，調整真空腔內的壓強;其中，Ga2O3革E材與η型Si襯底的距離設定為5厘米，派射功率為60-80W，沉積時間為1-2小時；
[0013]4.金納米粒子制備過程:先將腔體抽真空，加熱步驟3)得到的Ga203-n型Si襯底，通入氬氣，調整真空腔內的壓強;其中，金靶材與η型Si襯底的距離設定為5厘米，濺射功率為40-60W，沉積時間為10-30秒;然后將金薄膜轉移到高溫爐中退火，得到金納米顆粒，退火溫度為450°C，退火時間為1-2小時；
[0014]5.器件電極的制備:利用掩膜版并通過射頻磁控濺射技術在Ga2O3薄膜上面沉積一層厚度為100納米的金薄膜叉指電極作為測量電極。
[0015]優選的，所述的步驟3中，η型Si襯底的加熱溫度為700°C，腔體抽真空后的電離度為1.0\10—兮&，真空腔調整后的壓強為1-3?&，6&203靶材與11型31襯底的距離設定為5厘米，濺射功率為70w，沉積時間為1-1.5小時。
[0016]優選的，所述的步驟4中，Ga2O3-1i型Si襯底的加熱溫度為25°C，腔體抽真空后的電離度為1.0 X 10—4Pa,真空腔調整后的壓強為0.1-0.5Pa，金靶材與ITO襯底的距離設定為5厘米，濺射功率為50w，沉積時間為10-30秒，退火溫度為450°C，退火時間為1_2小時。
[0017]對構建的基于金納米粒子增強氧化鎵薄膜的紫外探測器進行光電性能測試是將探針點在叉指電極兩端，電極之間加電壓0.5伏特，測得金納米粒子增強氧化鎵薄膜的1-t特性曲線，通過控制紫外光(254nm)照射的開關發現器件具有良好的光電響應。
[0018]本發明的優點:
[0019]1、本發明制備過程中，所制備的基于金納米粒子增強氧化鎵薄膜具有優良的光電特性；
[0020]2、本發明所制備的紫外探測器具有金納米粒子-Ga2O3薄膜結構，在紫外光照下，迅速產生大量電子與空穴，衰減時復合迅速且完全，提高了探測器的靈敏度；
[0021]3、本發明制備的紫外探測器性能穩定，反應靈敏，暗電流小，可應用于火災報警、尚壓線電暈等探測；
[0022]4、本發明采用微納米加工技術制備基于金納米粒子增強氧化鎵薄膜的紫外探測器，工藝可控性強，操作簡單，且重復測試具有可恢復性。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發明方法設計的基于金納米粒子增強氧化鎵薄膜的示意圖。
[0024]圖2是用本發明方法制得的基于金納米粒子增強氧化鎵薄膜的掃描電鏡(SEM)照片。
[0025]圖3是用本發明方法測得基于金納米粒子增強氧化鎵薄膜的紫外探測器的電極電壓為2V的V-1曲線圖。
[0026]圖4是用本發明方法測得基于金納米粒子增強氧化鎵薄膜的紫外探測器的電極電壓為0.5V的1-t曲線圖。
【具體實施方式】
[0027]以下結合實例進一步說明本發明。
[0028]實施例1
[0029]步驟如下:
[0030]I.η型Si襯底預處理:將η型Si襯底放入V(HF): V(H2O2) = 1: 5的溶液中浸泡以去除自然氧化層，然后用丙酮、乙醇和去離子水分別超聲清洗，并真空干燥；
[0031 ] 2.放置靶材和襯底:把Ga2O3靶材放置在射頻磁控濺射系統的靶臺位置，將步驟I)處理后的η型Si襯底固定在樣品托上，放進真空腔；
[0032]3.Ga2O3薄膜沉積過程:先將腔體抽真空，加熱η型Si襯底，通入氬氣，調整真空腔內的壓強;其中，Ga2O3靶材與η型Si襯底的距離設定為5厘米，濺射功率為60W，沉積時間為I小時；
[0033]4.金納米粒子制備過程:先將腔體抽真空，加熱步驟3)得到的Ga203-n型Si襯底，通入氬氣，調整真空腔內的壓強;其中，金靶材與η型Si襯底的距離設定為5厘米，濺射功率為50W，沉積時間為20秒；然后將金薄膜轉移到高溫爐中退火，得到金納米顆粒，退火溫度為450°C，退火時間為I小時；
[0034]5.器件電極的制備:利用掩膜版并通過射頻磁控濺射技術在Ga2O3薄膜上面沉積一層厚度為100納米的金薄膜叉指電極作為測量電極。
[0035]將步驟4中所得金納米粒子/Ga2O3薄膜放進掃描電鏡(SEM)中觀察，發現金納米粒子分布均勻，尺寸為20-30nm(如圖2)。在金納米粒子增強氧化鎵薄膜的的叉指電極兩端施加電壓進行光電性能測量，測量示意圖如圖1，其V-1和1-t曲線如圖3和圖4所示。圖3的V-1曲線中出現了明顯的金納米粒子等離激元共振增強效應，增加了信號探測的強度。當外加電壓為2伏特并在254nm紫外光的照射下，紫外光相應電流明顯增大。由于表面等離激元作用，嵌有貴金屬的納米粒子的寬禁帶半導體復合結構的光電性能可以得到極大的提高，導電性增強。圖4中的1-t曲線是在0.