CN111081799A - 一种锌镓氧紫外探测器及其制备方法 - Google Patents
一种锌镓氧紫外探测器及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111081799A CN111081799A CN201911267465.2A CN201911267465A CN111081799A CN 111081799 A CN111081799 A CN 111081799A CN 201911267465 A CN201911267465 A CN 201911267465A CN 111081799 A CN111081799 A CN 111081799A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- znga
- compound
- ultraviolet detector
- gallium
- film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title description 7
- 239000010408 film Substances 0.000 claims abstract description 58
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 42
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 42
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 42
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 42
- 229910007486 ZnGa2O4 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 33
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 24
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims abstract description 16
- 150000002259 gallium compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 16
- 150000002902 organometallic compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 16
- 150000003752 zinc compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 14
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 claims description 22
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 14
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 14
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 12
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 12
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 11
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 claims description 10
- HQWPLXHWEZZGKY-UHFFFAOYSA-N diethylzinc Chemical compound CC[Zn]CC HQWPLXHWEZZGKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 9
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 9
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 9
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011029 spinel Substances 0.000 claims description 5
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 4
- AXAZMDOAUQTMOW-UHFFFAOYSA-N dimethylzinc Chemical compound C[Zn]C AXAZMDOAUQTMOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000004298 light response Effects 0.000 claims description 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 3
- -1 magnesium aluminate Chemical class 0.000 claims description 3
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims description 3
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N triethylgallium Chemical compound CC[Ga](CC)CC RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 abstract description 3
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 6
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 4
- 238000000634 powder X-ray diffraction Methods 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 238000005034 decoration Methods 0.000 description 2
- QZQVBEXLDFYHSR-UHFFFAOYSA-N gallium(III) oxide Inorganic materials O=[Ga]O[Ga]=O QZQVBEXLDFYHSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003363 ZnMgO Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 238000000825 ultraviolet detection Methods 0.000 description 1
- 238000002371 ultraviolet--visible spectrum Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/032—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
本发明提供了一种ZnGa2O4紫外探测器,包括依次复合而成的衬底、ZnGa2O4薄膜以及金属叉指电极;所述ZnGa2O4薄膜以有机锌化合物作为锌源,有机镓化合物作为镓源,以高纯氧气为氧源,利用金属有机化合物化学气相沉积法在衬底表面沉积得到。本发明使用金属有机化合物化学气相沉积法制备ZnGa2O4薄膜,通过增加氧气流量,增加氧分压,减少氧缺陷,使制备得到的ZnGa2O4薄膜层具有结晶质量高,不出现分相,吸收截止边陡峭等特点,进而使包含ZnGa2O4薄膜层的紫外探测器具有较低的暗电流,较高的响应度。
Description
技术领域
本发明属于紫外探测器技术领域,具体涉及一种ZnGa2O4紫外探测器及其制备方法。
背景技术
紫外探测技术在导弹尾焰探测,火焰传感,空气和水净化以及空对空通信等军事和民用领域有广阔的应用前景。波长小于280nm的紫外辐射由于地球上空臭氧层的阻挡,几乎无法传播到地球表面,被称为日盲紫外。工作在日盲波段的日盲紫外探测器不受太阳辐射的干扰,具有更高的灵敏度,可用于导弹预警等方面。近年来,宽禁带半导体紫外探测器因其体积小、重量轻、工作时不需滤光片、无需制冷等优点被认为是可以取代真空光电倍增管和Si光电倍增管的第三代紫外探测器。
ZnGa2O4是ZnO和Ga2O3的复合氧化物,具有尖晶石结构,属于直接带隙半导体,禁带宽度在4.4-5.0eV之间,在原理上可以应用于248-280nm范围内的紫外光电器件等领域。ZnGa2O4与ZnMgO相比,可以避免结构分相问题;ZnGa2O4与Ga2O3相比,可以实现电学特性调控,提升导电性。又由于ZnGa2O4具有很好的稳定性及抗辐射能力,较高的电子饱和漂移速度等优势。因此,ZnGa2O4是制备日盲紫外探测器的候选材料。
通常采用脉冲激光沉积和射频磁控溅射制备ZnGa2O4薄膜。这两种方法制备的ZnGa2O4薄膜晶体质量不高,缺陷态较多,导致制备的紫外探测器暗电流较大,光响应度较低,器件性能较差。
发明内容
有鉴于此,本发明要解决的技术问题在于提供一种ZnGa2O4紫外探测器及其制备方法,本发明提供的紫外探测器具有低的暗电流和高的光响应度。
本发明提供了一种ZnGa2O4紫外探测器,包括依次复合而成的衬底、ZnGa2O4薄膜以及金属叉指电极;
所述ZnGa2O4薄膜以有机锌化合物作为锌源,有机镓化合物作为镓源,以高纯氧气为氧源,利用金属有机化合物化学气相沉积法在衬底表面沉积得到。
优选的,所述ZnGa2O4薄膜为尖晶石结构,沿(111)、(222)、(333)取向生长,为单一取向;
所述ZnGa2O4薄膜的厚度为100~600nm;
所述ZnGa2O4薄膜的吸收截止边为240~280nm;
所述ZnGa2O4紫外探测器的光响应截止边为250~280nm。
优选的,所述有机锌化合物为二乙基锌和/或二甲基锌;所述有机镓化合物为三甲基镓和/或三乙基镓。
优选的,所述有机锌化合物以高纯氮气为载气,所述载气流速为5~20sccm;所述有机镓化合物以高纯氮气为载气,所述载气流速为10~40sccm;所述氧气流速为100~400sccm。
优选的,所述衬底选自蓝宝石衬底、氧化镁或铝酸镁。
优选的,所述沉积的温度为400~1100℃;所述沉积的时间为1h~3h;进行沉积的真空度为2×102~1×104Pa。
优选的,所述生长结束后,降低衬底温度到室温,得到ZnGa2O4薄膜;所述降温的速率为0.2~0.8℃/s。
优选的,所述金属叉指电极为金叉指电极,所述金属叉指电极的厚度为20~40nm。
优选的,所述叉指电极表面复合有铟粒。
本发明还提供了一种上述紫外探测器的制备方法,包括以下步骤:
A)以有机锌化合物作为锌源,有机镓化合物作为镓源,以高纯氧气为氧源,利用金属有机化合物化学气相沉积法在衬底表面沉积ZnGa2O4薄膜;
B)在ZnGa2O4薄膜材料上使用负胶光刻形成叉指电极掩膜,溅射金属金后去除胶体掩膜,得到金属叉指电极;
C)在叉指电极上按压In粒,得到MSM结构的ZnGa2O4紫外探测器。
与现有技术相比,本发明提供了一种ZnGa2O4紫外探测器,包括依次复合而成的衬底、ZnGa2O4薄膜以及金属叉指电极;所述ZnGa2O4薄膜以有机锌化合物作为锌源,有机镓化合物作为镓源,以高纯氧气为氧源,利用金属有机化合物化学气相沉积法在衬底表面沉积得到。本发明使用金属有机化合物化学气相沉积法制备ZnGa2O4薄膜,通过增加氧气流量,增加氧分压,减少氧缺陷,使制备得到的ZnGa2O4薄膜层具有结晶质量高,不出现分相,吸收截止边陡峭等特点,进而使包含ZnGa2O4薄膜层的紫外探测器具有较低的暗电流,较高的响应度。
附图说明
图1为本发明实施例1中得到的ZnGa2O4紫外探测器的结构示意图;
图2为本发明实施例1中得到的ZnGa2O4薄膜的粉末X射线衍射图;
图3为本发明实施例1中得到的ZnGa2O4薄膜的紫外-可见光吸收光谱图;
图4为本发明实施例1中得到的ZnGa2O4薄膜的扫描电子显微镜图片;
图5为本发明实施例1中得到的ZnGa2O4紫外探测器的电流-电压特性曲线;
图6为发明实施例1中得到的ZnGa2O4紫外探测器的光谱响应特性曲线;
图7为对比例1中得到的ZnGa2O4薄膜的粉末X射线衍射图。
具体实施方式
本发明提供了一种ZnGa2O4紫外探测器,包括依次复合而成的衬底、ZnGa2O4薄膜以及金属叉指电极;
所述ZnGa2O4薄膜以有机锌化合物作为锌源,有机镓化合物作为镓源,以高纯氧气为氧源,利用金属有机化合物化学气相沉积法在衬底表面沉积得到。
本发明提供的紫外探测器包括衬底,所述衬底为本领域技术人员熟知的衬底即可,并无特殊的限制,本发明中优选为蓝宝石衬底、氧化镁或铝酸镁。
本发明提供的紫外探测器还包括复合于衬底的ZnGa2O4薄膜。
其中,所述ZnGa2O4薄膜以有机锌化合物作为锌源,有机镓化合物作为镓源,以高纯氧气为氧源,利用金属有机化合物化学气相沉积法在衬底表面沉积得到。
本发明以有机锌化合物作为锌源,所述有机锌化合物为二乙基锌和/或二甲基锌,优选为二乙基锌。所述有机锌化合物以高纯氮气为载气,所述载气流速为5~20sccm,优选为10~15sccm。
本发明以有机镓化合物作为镓源,所述有机镓化合物为三甲基镓和/或三乙基镓,优选为三甲基镓。所述有机镓化合物以高纯氮气为载气,所述载气流速为10~40sccm,优选为20~30sccm。
本发明以高纯氧气为氧源,所述氧气流速为100~400sccm,优选为200~300sccm。
本发明采用金属有机化合物化学气相沉积法进行单一取向ZnGa2O4薄膜的制备,其中,所述单一取向ZnGa2O4薄膜的制备在金属有机化合物化学气相沉积设备中进行。
本发明首先将衬底放入金属有机化合物化学气相沉积设备的腔体内,其中,所述衬底优选经清洗干燥后放置于MOCVD设备生长室内。通过移动衬底的基底高度,使基底与气体喷枪的距离在10~40cm范围内调节。
所述将衬底放入腔体中后,对腔体进行抽真空。然后将衬底进行加热,当加热至沉积反应的温度时,即可在衬底表面沉积ZnGa2O4薄膜。
所述沉积的温度为400~1100℃,优选为800~900℃;所述沉积的时间为1h~3h,优选为1.5~2.5h;进行沉积的真空度为2×102~1×104Pa,优选为8×102~8×103Pa。
所述沉积生长结束后,降低衬底温度到室温,得到ZnGa2O4薄膜;所述降温的速率为0.2~0.8℃/s,优选为0.4~0.6℃/s。在本发明中,将所述室温定义为25±5℃。
所述ZnGa2O4薄膜为尖晶石结构,沿(111)、(222)、(333)取向生长,为单一取向。所述ZnGa2O4薄膜的吸收截止边为240~280nm。所述ZnGa2O4薄膜的厚度为100~600nm,优选为200~500nm,进一步优选为300~400nm。
本发明提供的紫外探测器还包括复合于所述ZnGa2O4薄膜的金属叉指电极。所述金属叉指电极为金叉指电极,所述金属叉指电极的厚度为20~40nm,优选为25~35nm。
在本发明中,所述叉指电极表面复合有铟粒。
所述ZnGa2O4紫外探测器的光响应截止边为250~280nm。
本发明还提供了一种上述紫外探测器的制备方法,包括以下步骤:
A)以有机锌化合物作为锌源,有机镓化合物作为镓源,以高纯氧气为氧源,利用金属有机化合物化学气相沉积法在衬底表面沉积ZnGa2O4薄膜;
B)在ZnGa2O4薄膜材料上使用负胶光刻形成叉指电极掩膜,溅射金属金后去除胶体掩膜,得到金属叉指电极;
C)在叉指电极上按压In粒,得到MSM结构的ZnGa2O4紫外探测器。
本发明首先利用金属有机化合物化学气相沉积法在衬底表面沉积ZnGa2O4薄膜。具体方法如上文所述,在此不做赘述。
得到ZnGa2O4薄膜之后,在ZnGa2O4薄膜材料上使用负胶光刻形成叉指电极掩膜,溅射金属金后去除胶体掩膜,得到金属叉指电极。
其中,本发明对所述溅射金属金的方法并没有特殊限制,可以采用镀膜机进行金属金电极膜的制备,镀膜机溅射电流为5~8mA,优选为6~7mA。
然后,通过超声去除胶体掩膜,得到金属叉指电极。所述超声时间优选为3~5min。
最后,在金属叉指电极上按压In粒得到,MSM结构的ZnGa2O4紫外探测器。
本发明使用金属有机化合物化学气相沉积法制备ZnGa2O4薄膜,通过增加氧气流量,增加氧分压,减少氧缺陷,使制备得到的ZnGa2O4薄膜层具有结晶质量高,不出现分相,吸收截止边陡峭等特点,进而使包含ZnGa2O4薄膜层的紫外探测器具有较低的暗电流,较高的响应度。
为了进一步理解本发明,下面结合实施例对本发明提供的ZnGa2O4紫外探测器及其制备方法进行说明,本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
将清洗好的蓝宝石衬底放入到MOCVD生长腔内,调节生长温度到850℃,压强为1×103Pa。使用二乙基锌作为锌源,三甲基镓作为镓源,锌源的载气流速为5sccm,镓源的载气流速为10sccm。氧气的流速为300sccm,远大于锌源和镓源的流速。生长2h,关闭有机源和氧气,以0.6℃/s降低衬底温度到室温,得到厚度为300nm左右的ZnGa2O4薄膜。
在ZnGa2O4薄膜材料上使用负胶光刻形成50对间距为10μm、长度为500μm的叉指电极掩膜。将得到的样品放入到小型镀膜机中,在压强为8Pa的条件下,电流为6mA,溅射金属金。然后通过超声去除胶体掩膜。在叉指电极上按压In粒得到MSM结构的ZnGa2O4紫外探测器。器件结构图如图1示。
对实施例1中得到的ZnGa2O4薄膜进行粉末X射线衍射(XRD)测试,得到其图谱如2所示。从图中可以看出,在蓝宝石衬底上制备的ZnGa2O4薄膜为尖晶石结构。沿着(111)、(333)取向生长,为单一取向,XRD的吸收峰比较尖锐,说明结晶质量较高。
对实施例1中得到的ZnGa2O4薄膜进行紫外-可见光吸收光谱测试,得到其图谱如图3所示,从图中可以看出,制备的ZnGa2O4薄膜具有较陡的单一光吸收截止边,光吸收截止边在250nm左右。
对实施例1中得到的ZnGa2O4薄膜进行扫描电子显微镜(SEM)测试,得到其表面图谱如4所示。从图中可以看出,制备的ZnGa2O4薄膜的表面较平整,晶体质量较好。
对实施例1中得到的ZnGa2O4紫外探测器进行暗态下和254nm光照下的电流-电压特性曲线测试,得到其图谱如5所示。从图中可以看出,制备的ZnGa2O4紫外探测器在10V下的暗电流为2.38nA,光电流为0.94mA,光暗抑制比为4x106,说明制备的ZnGa2O4紫外探测器具有低的暗电流。
对实施例1中得到的ZnGa2O4紫外探测器进行光响应特性测试,得到其图谱如6所示。从图中可以看出,制备的ZnGa2O4紫外探测器在10V下的光响应度为155A/W,-3dB截止边为254nm,说明制备的ZnGa2O4紫外探测器具有高的光响应度。
实施例2
将清洗好的将清洗好的蓝宝石衬底放入到MOCVD生长腔内,调节生长温度到900℃,压强为1×103Pa。使用二乙基锌作为锌源,三甲基镓作为镓源,锌源的载气流速为5sccm,镓源的载气流速为10sccm。氧气的流速为300sccm,远大于锌源和镓源的流速。生长2h,关闭有机源和氧气,以0.6℃/s降低衬底温度到室温,得到厚度为300nm左右的ZnGa2O4薄膜。
在ZnGa2O4薄膜材料上使用负胶光刻形成50对间距为10μm、长度为500μm的叉指电极掩膜。将得到的样品放入到小型镀膜机中,在压强为8Pa的条件下,电流为6mA,溅射金属金。然后通过超声去除胶体掩膜。在叉指电极上按压In粒得到MSM结构的ZnGa2O4紫外探测器。
对实施例2中得到的ZnGa2O4紫外探测器进行测试,得到其在10V下的光响应度为120A/W,-3dB截止边为256nm。
实施例3
将清洗好的将清洗好的蓝宝石衬底放入到MOCVD生长腔内,调节生长温度到850℃,压强为1×103Pa。使用二乙基锌作为锌源,三甲基镓作为镓源,锌源的载气流速为5sccm,镓源的载气流速为10sccm。氧气的流速为400sccm,远大于锌源和镓源的流速。生长1h,关闭有机源和氧气,以0.6℃/s降低衬底温度到室温,得到厚度为300nm左右的ZnGa2O4薄膜。
在ZnGa2O4薄膜材料上使用负胶光刻形成30对间距为10μm、长度为500μm的叉指电极掩膜。将得到的样品放入到小型镀膜机中,在压强为8Pa的条件下,电流为4mA,溅射金属金。然后通过超声去除胶体掩膜。在叉指电极上按压In粒得到MSM结构的ZnGa2O4紫外探测器。
对实施3中得到的ZnGa2O4紫外探测器进行测试,得到其在10V下的光响应度为99A/W,-3dB截止边为261nm。
对比例1
将清洗好的蓝宝石衬底放入到MOCVD生长腔内,调节生长温度到850℃,压强为1×103Pa。使用二乙基锌作为锌源,三甲基镓作为镓源,锌源的载气流速为5sccm,镓源的载气流速为10sccm。氧气的流速为30sccm。生长2h,关闭有机源和氧气,以0.6℃/s降低衬底温度到室温,得到厚度为300nm左右的ZnGa2O4薄膜。对对比例1中得到的ZnGa2O4薄膜进行粉末X射线衍射(XRD)测试,得到其图谱如图7所示。从图中可以看出,如图所示,除了111,222,333的峰,还有220和440的峰,这是非单一取向的薄膜。
在ZnGa2O4薄膜材料上使用负胶光刻形成50对间距为10μm、长度为500μm的叉指电极掩膜。将得到的样品放入到小型镀膜机中,在压强为8Pa的条件下,电流为6mA,溅射金属金。然后通过超声去除胶体掩膜。在叉指电极上按压In粒得到MSM结构的ZnGa2O4紫外探测器。
对对比例1中得到的ZnGa2O4紫外探测器进行测试,得到其在10V下的光响应度为0.1A/W,-3dB截止边为256nm,证明此方法得到的ZnGa2O4紫外探测器响应度低,性能差。
对比例2
将清洗好的将清洗好的蓝宝石衬底放入到MOCVD生长腔内,调节生长温度到350℃,压强为1×103Pa。使用二乙基锌作为锌源,三甲基镓作为镓源,锌源的载气流速为5sccm,镓源的载气流速为10sccm。氧气的流速为300sccm。生长3h,关闭有机源和氧气,以0.6℃/s降低衬底温度到室温,得到厚度为300nm左右的ZnGa2O4薄膜。
在ZnGa2O4薄膜材料上使用负胶光刻形成50对间距为10μm、长度为500μm的叉指电极掩膜。将得到的样品放入到小型镀膜机中,在压强为8Pa的条件下,电流为6mA,溅射金属金。然后通过超声去除胶体掩膜。在叉指电极上按压In粒得到MSM结构的ZnGa2O4紫外探测器。
对对比例2中得到的ZnGa2O4紫外探测器进行测试,得到其在10V下的光响应度为0.07A/W,-3dB截止边为253nm,证明此方法得到的ZnGa2O4紫外探测器响应度低,性能差。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种ZnGa2O4紫外探测器,其特征在于,包括依次复合而成的衬底、ZnGa2O4薄膜以及金属叉指电极;
所述ZnGa2O4薄膜以有机锌化合物作为锌源,有机镓化合物作为镓源,以高纯氧气为氧源,利用金属有机化合物化学气相沉积法在衬底表面沉积得到。
2.根据权利要求1所述的紫外探测器,其特征在于,所述ZnGa2O4薄膜为尖晶石结构,沿(111)、(222)、(333)取向生长,为单一取向;
所述ZnGa2O4薄膜的厚度为100~600nm;
所述ZnGa2O4薄膜的吸收截止边为240~280nm;
所述ZnGa2O4紫外探测器的光响应截止边为250~280nm。
3.根据权利要求1所述的紫外探测器,其特征在于,所述有机锌化合物为二乙基锌和/或二甲基锌;所述有机镓化合物为三甲基镓和/或三乙基镓。
4.根据权利要求1所述的紫外探测器,其特征在于,所述有机锌化合物以高纯氮气为载气,所述载气流速为5~20sccm;所述有机镓化合物以高纯氮气为载气,所述载气流速为10~40sccm;所述氧气流速为100~400sccm。
5.根据权利要求1所述的紫外探测器,其特征在于,所述衬底选自蓝宝石衬底、氧化镁或铝酸镁。
6.根据权利要求1所述的紫外探测器,其特征在于,所述沉积的温度为400~1100℃;所述沉积的时间为1h~3h;进行沉积的真空度为2×102~1×104Pa。
7.根据权利要求1所述的紫外探测器,其特征在于,所述生长结束后,降低衬底温度到室温,得到ZnGa2O4薄膜;所述降温的速率为0.2~0.8℃/s。
8.根据权利要求1所述的紫外探测器,其特征在于,所述金属叉指电极为金叉指电极,所述金属叉指电极的厚度为20~40nm。
9.根据权利要求1所述的紫外探测器,其特征在于,所述叉指电极表面复合有铟粒。
10.一种如权利要求1~9任意一项所述的紫外探测器的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
A)以有机锌化合物作为锌源,有机镓化合物作为镓源,以高纯氧气为氧源,利用金属有机化合物化学气相沉积法在衬底表面沉积ZnGa2O4薄膜;
B)在ZnGa2O4薄膜材料上使用负胶光刻形成叉指电极掩膜,溅射金属金后去除胶体掩膜,得到金属叉指电极;
C)在叉指电极上按压In粒,得到MSM结构的ZnGa2O4紫外探测器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201911267465.2A CN111081799A (zh) | 2019-12-11 | 2019-12-11 | 一种锌镓氧紫外探测器及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201911267465.2A CN111081799A (zh) | 2019-12-11 | 2019-12-11 | 一种锌镓氧紫外探测器及其制备方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN111081799A true CN111081799A (zh) | 2020-04-28 |
Family
ID=70313787
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201911267465.2A Pending CN111081799A (zh) | 2019-12-11 | 2019-12-11 | 一种锌镓氧紫外探测器及其制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN111081799A (zh) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111628019A (zh) * | 2020-06-28 | 2020-09-04 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种三氧化二镓日盲紫外探测器及其制备方法 |
CN111816715A (zh) * | 2020-08-24 | 2020-10-23 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种氧化锌纳米线阵列紫外探测器及其制备方法 |
CN113192992A (zh) * | 2021-04-29 | 2021-07-30 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种半导体薄膜复合结构件的制备方法 |
CN114657637A (zh) * | 2022-03-10 | 2022-06-24 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 镓酸锌薄膜及制备方法、紫外探测器及制备方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106409963A (zh) * | 2016-09-21 | 2017-02-15 | 浙江理工大学 | 一种Zn:Ga2O3薄膜基MSM结构日盲紫外光电探测器及其制备方法 |
CN107758726A (zh) * | 2017-09-30 | 2018-03-06 | 南京理工大学 | 一种可用于深紫外极弱光探测高纯纳米结构ZnGa2O4的制备方法 |
TWI643320B (zh) * | 2017-09-12 | 2018-12-01 | 鼎元光電科技股份有限公司 | 具寬能隙氧化物之深紫外線感測裝置 |
-
2019
- 2019-12-11 CN CN201911267465.2A patent/CN111081799A/zh active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106409963A (zh) * | 2016-09-21 | 2017-02-15 | 浙江理工大学 | 一种Zn:Ga2O3薄膜基MSM结构日盲紫外光电探测器及其制备方法 |
TWI643320B (zh) * | 2017-09-12 | 2018-12-01 | 鼎元光電科技股份有限公司 | 具寬能隙氧化物之深紫外線感測裝置 |
US20190081192A1 (en) * | 2017-09-12 | 2019-03-14 | Tyntek Corporation | Solar-blind detecting device with wide-bandgap oxide |
CN107758726A (zh) * | 2017-09-30 | 2018-03-06 | 南京理工大学 | 一种可用于深紫外极弱光探测高纯纳米结构ZnGa2O4的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
RAY-HUA HORNG ET AL.: ""Epitaxial growth of ZnGa2O4:A new, deep ultraviolet semiconductor candidate"", 《CRYSTAL GROWTH & DESIGN》 * |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111628019A (zh) * | 2020-06-28 | 2020-09-04 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种三氧化二镓日盲紫外探测器及其制备方法 |
CN111816715A (zh) * | 2020-08-24 | 2020-10-23 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种氧化锌纳米线阵列紫外探测器及其制备方法 |
CN111816715B (zh) * | 2020-08-24 | 2024-03-08 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种氧化锌纳米线阵列紫外探测器及其制备方法 |
CN113192992A (zh) * | 2021-04-29 | 2021-07-30 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种半导体薄膜复合结构件的制备方法 |
CN113192992B (zh) * | 2021-04-29 | 2023-03-24 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种半导体薄膜复合结构件的制备方法 |
CN114657637A (zh) * | 2022-03-10 | 2022-06-24 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 镓酸锌薄膜及制备方法、紫外探测器及制备方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN111081799A (zh) | 一种锌镓氧紫外探测器及其制备方法 | |
CN111628019B (zh) | 一种三氧化二镓日盲紫外探测器及其制备方法 | |
CN111816720B (zh) | MgGa2O4紫外探测器及其制备方法 | |
CN109713058A (zh) | 表面等离激元增强的氧化镓紫外探测器及其制备方法和应用 | |
CN111081533A (zh) | 一种单一取向锌镓氧薄膜及其制备方法 | |
CN108922930A (zh) | 一种ZnMgO紫外探测器 | |
CN111029435A (zh) | 一种ZnGaO紫外探测器及其制备方法 | |
CN107275441A (zh) | 一种光电探测器的制备方法 | |
CN111785793A (zh) | ZnMgO紫外探测器及其制备方法 | |
CN110797422B (zh) | 一种ZnGaO紫外探测器及其制备方法 | |
CN111020529A (zh) | 一种稼酸镁薄膜的制备方法及稼酸镁薄膜 | |
CN111710591B (zh) | 一种Ga2O3薄膜及其制备方法 | |
CN111785795B (zh) | ZnMgGaO紫外探测器及其制备方法 | |
Jiang et al. | A high-speed photoconductive UV detector based on an Mg0. 4Zn0. 6O thin film | |
CN111900229A (zh) | 一种基于β-Ga2O3薄膜的柔性日盲区深紫外光电探测器及其制备方法和应用 | |
CN111244202A (zh) | 一种ZnMgO紫外探测器及其制备方法 | |
CN111584658B (zh) | 一种Ga2O3紫外探测器及其制备方法 | |
CN111081798A (zh) | 一种锌镓氧材料薄膜及其制备方法 | |
CN114657637B (zh) | 镓酸锌薄膜及制备方法、紫外探测器及制备方法 | |
Wang et al. | Enhancing β-Ga2O3-film ultraviolet detectors via RF magnetron sputtering with seed layer insertion on c-plane sapphire substrate | |
CN111261735B (zh) | 一种ZnMgO薄膜、紫外探测器及其制备方法 | |
US10727366B2 (en) | Solar cell comprising CIGS light absorbing layer and method for manufacturing same | |
CN111710592B (zh) | 一种Ga2O3薄膜及其制备方法 | |
KR100793417B1 (ko) | 산화아연계 나노선을 구비한 3차원 구조를 갖는 나노 소자및 이를 이용한 장치 | |
CN111628018B (zh) | 一种Ga2O3紫外探测器及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200428 |