一种锌镓氧材料薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种锌镓氧材料薄膜，所述锌镓氧材料薄膜中锌与镓的原子比小于1:2，所述锌镓氧材料薄膜为尖晶石结构。锌和镓的原子比例与传统的1：2相比，镓原子的占比更高，当Zn和Ga的化学计量比发生变化时，在一定范围内形成ZnGaO材料仍然可以保持尖晶石的ZnGa

A zinc gallium oxide thin film and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种锌镓氧材料薄膜及其制备方法
本专利技术属于材料
，具体涉及一种锌镓氧材料薄膜及其制备方法。
技术介绍
紫外探测技术可用于军事通信、导弹尾焰探测、火灾预警、环境监测、生物效应等方面，无论在军事上还是在民用上都有广泛的应用。由于大气层的强烈吸收，使得太阳辐射中波长低于280nm的紫外线在地表几乎不存在，这一紫外波段被形象的称为日盲波段。工作在这一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，在弱信号探测方面具有突出的优势。目前，己投入商用的紫外探测器主要有硅探测器、光电倍增管和半导体探测器。硅基紫外光电管需要附带滤光片，光电倍增管则需要在高电压下工作，而且体积笨重、效率低、易损坏且成本较高，对于实际应用有一定的局限性。相对硅探测器和光电倍增管来说，由于半导体材料具有携带方便、造价低、响应度高等优点而备受关注。ZnGaO材料是是ZnO和Ga2O3的复合氧化物，其中最常见的晶体结构是ZnGa2O4，其具有尖晶石结构，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。但是，现有的ZnGa2O4材料制备得到的紫外探测器峰值响应度较低，影响了紫外探测性能。专利技术内容有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种锌镓氧材料薄膜及其制备方法，本专利技术提供的锌镓氧材料薄膜为尖晶石结构，得到的紫外探测器的峰值响应度高。本专利技术提供了一种锌镓氧材料薄膜，所述锌镓氧材料薄膜中锌与镓的原子比小于1:2，所述锌镓氧材料薄膜为尖晶石结构。优选的，所述薄膜的吸收截止边位于250±10nm。本专利技术还提供了一种上述锌镓氧材料薄膜的制备方法，包括以下步骤：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生长锌镓氧材料薄膜。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，所述载气的起始流速为5～20mL/min，在生长锌镓氧材料薄膜过程中，逐渐降低载气的流量，所述降低的速率为0～4.5mL/30min；降低载气的流量的持续时间为0～5小时；所述有机镓化合物以高纯氮气为载气，所述载气的起始流速为5～40mL/min，在生长锌镓氧材料薄膜过程中，逐渐升高载气的流量，所述升高的速率为0～4.5mL/30min；升高载气的流量的持续时间为0～5小时。优选的，所述氧气的流速为100～1000mL/min。优选的，所述生长的时间为0.5～5h，所述生长的起始温度为500～800℃，在生长锌镓氧材料薄膜过程中，以0.01～5℃/min的升温速率逐渐升高生长的温度，所述升温的时间为0.5～5h，所述升温的时间≤所述生长的时间；进行生长的真空度为2*102～1*104Pa。优选的，所述生长结束后，降低衬底的温度至室温，所述降温速率为0.1～50℃/min。与现有技术相比，本专利技术提供了一种锌镓氧材料薄膜，所述锌镓氧材料薄膜中锌与镓的原子比小于1:2，所述锌镓氧材料薄膜为尖晶石结构。锌和镓的原子比例与传统的1：2相比，镓原子的占比更高，当Zn和Ga的化学计量比发生变化时，在一定范围内形成ZnGaO材料仍然可以保持尖晶石的ZnGa2O4晶体结构。这种锌镓氧材料薄膜制备的光电探测器件呈现出了更高的峰值响应度，且暗电流和响应时间的参数基本没有变化，为提升ZnGaO紫外探测器的性能参数提供了有效的方法。在光电器件的制备方面具有潜在的应用前景。并且，本专利技术提供的锌镓氧材料薄膜的制备工艺简单，反应过程容易控制。附图说明图1为实施例1中的ZnGaO薄膜的X射线衍射(XRD)谱图；图2为实施例1中的ZnGaO薄膜的光电子能谱(EDS)谱图；图3为实施例1中的ZnGaO薄膜的UV-Vis谱图；图4为实施例1和对比例1中的ZnGaO紫外探测器的光响应曲线；图5为实施例1和对比例1中的ZnGaO紫外探测器的IV曲线；图6为实施例1和对比例1中的ZnGaO紫外探测器的光开关曲线。具体实施方式本专利技术提供了一种锌镓氧材料薄膜，所述锌镓氧材料薄膜中锌与镓的原子比小于1:2，所述锌镓氧材料薄膜为尖晶石结构。在本专利技术中，所述锌镓氧材料薄膜的化学式为ZnxGayO4，x：y＜1:2，优选的1：4.1≤x：y＜1:2。在本专利技术的一些具体实施方式中，所述锌与镓的原子比例为1：4、1：2.1,1：2.5、1：3或1：4.1。所述锌镓氧薄膜的晶相是ZnGa2O4结构，光吸收截止边位于250±10nm，且吸收边十分陡峭。可以制备得到面积为(0.1～6)cm×(0.1～6)cm的薄膜，其光吸收性质和晶体结构在所有范围内都十分均匀。本专利技术还提供了一种上述锌镓氧材料薄膜的制备方法，包括以下步骤：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生长锌镓氧材料薄膜。在本专利技术中，可以通过三种方式使所述锌镓氧材料薄膜中锌与镓的原子比小于1:2。(1)逐渐升高生长过程中镓源的载气流量；(2)逐渐降低生长过程中锌源的载气流量；(3)逐渐升高生长温度。以上三种方式中，可以单独采用其中一种方式，也可以三种方式任意两种或两种以上的结合。具体的，在进行金属有机化合物化学气相沉积之前，先对衬底进行清理，方法为：使用三氯乙烯，丙酮和乙醇依次清洗衬底，然后用干燥的氮气吹干。所述衬底为蓝宝石、氧化镁、氧化锌或铝酸镁，优选为蓝宝石。然后，将衬底置放入MOCVD生长设备中，调节生长的起始温度为500～800℃，其中，生长设备中生长室的真空度为2*102～1*104Pa，优选为8×102～5×103Pa。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。所述有机锌化合物以高纯氮气为载气，所述载气的起始流速为5～20mL/min，优选为10～15mL/min，在生长锌镓氧材料薄膜过程中，逐渐降低载气的流量，所述降低的速率为0～4.5mL/30min，优选为0.5～4mL/30min，进一步优选为1～3mL/30min；降低载气的流量的持续时间为0～5小时，优选为1～5小时，进一步优选为2～4小时；所述有机镓化合物以高纯氮气为载气，所述载气的起始流速为5～40mL/min，优选为10～35mL/min，进一步优选为15～30mL/min，在生长锌镓氧材料薄膜过程中，逐渐升高载气的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锌镓氧材料薄膜，其特征在于，所述锌镓氧材料薄膜中锌与镓的原子比小于1:2，所述锌镓氧材料薄膜为尖晶石结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种锌镓氧材料薄膜，其特征在于，所述锌镓氧材料薄膜中锌与镓的原子比小于1:2，所述锌镓氧材料薄膜为尖晶石结构。


2.根据权利要求1所述的薄膜，其特征在于，所述薄膜的吸收截止边位于250±10nm。


3.一种如权利要求1或2所述的锌镓氧材料薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
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生长锌镓氧材料薄膜。


4.根据权利要求3所述的制备方法，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。


5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述有机锌化合物以高纯氮气为载气，所述载气的起始流速为5～20mL/min，在生长锌镓氧材料薄膜过程中，逐渐降低载气的流量，所述降低的速率为0～4.5mL/30min...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈星，刘可为，申德振，韩冬阳，张振中，李炳辉，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22