含氮化镓/氧化镓纳米柱阵列的自供电探测器及制备方法技术

本发明专利技术属于光电探测器的技术领域，具体涉及一种含氮化镓/氧化镓纳米柱阵列的自供电探测器及制备方法。所述探测器的结构为依次排布的电极、柔性衬底、p型氮化镓层、β

【技术实现步骤摘要】
含氮化镓/氧化镓纳米柱阵列的自供电探测器及制备方法


[0001]本专利技术属于光电探测器的
，具体涉及一种含氮化镓/氧化镓纳米柱阵列的自供电探测器及制备方法。

技术介绍

[0002]由于平流层臭氧具有很强的吸收能力，来自太阳的280nm以下的紫外线无法穿透大气层到达地球表面，因此被称为太阳盲区。所谓日盲光电探测器，就是在该区域工作的光电探测器。由于可以避免太阳辐射的干扰，所以可以在日光照射下准确探测到非常弱的信号。因此，日盲光电探测器具有许多潜在的应用，例如导弹警报和跟踪，高压电弧放电检测，臭氧监测和非视距光通信等领域。
[0003]由于宽带隙氧化物半导体材料具有带隙大、溶液可加工、成本低廉、环保等特点，许多基于宽带隙半导体的异质结结构已被证实可实现日盲光电探测器。众所周知，光电探测器的实际应用需要快速的响应速度，高的信噪比，低的能耗和低的制造成本，且大多数探测器是光导型的，响应速度相对较慢，另外，通常需要外部能量供应来分离光生电子-空穴对，获得期望的响应度，这不仅大大增加了装置的尺寸和能量消耗，而且极大地限制了它们的使用范围。因此，制备出一种无需外部电源即可运行的高性能自供电光电探测器十分重要。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种含氮化镓/氧化镓纳米柱阵列的自供电探测器及制备方法，提供一种无需消耗外部功率、灵敏度高以及响应速度快的自供电日盲光电探测器。
[0005]本专利技术的
技术实现思路
如下：
[0006]本专利技术提供一种含氮化镓/氧化镓纳米柱阵列的自供电探测器，所述探测器为包括柔性衬底、p型氮化镓层、β-氧化镓纳米柱阵列、填充层以及电极组成的结构；
[0007]所述探测器的结构为依次排布的电极、柔性衬底、p型氮化镓层、β-氧化镓纳米柱阵列以及电极，所述填充层包裹β-氧化镓纳米柱阵列的侧面，用于填充β-氧化镓纳米柱阵列；
[0008]所述β-氧化镓纳米柱阵列以及电极之间还包括石墨烯透明电极，所述石墨烯透明电极厚度为150-200nm；
[0009]所述柔性衬底包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺衬底、聚丙烯己二酯衬底等透明导电的柔性衬底的一种，所述柔性衬底的厚度为70-80μm，透明导电的柔性衬底具有良好的光学透明性和低电阻率，使其作为柔性透明导电衬底可提高光电探测器件的柔性和光吸收率，获得更高的灵敏度；
[0010]所述填充层(也称介质层)的材料包括PMMA；
[0011]所述电极包括Ti/Au电极，其厚度为100-200nm；
[0012]所述p型氮化镓层的生长结构依次为蓝宝石衬底、GaN缓冲层、重掺杂n-GaN层和p型GaN层，所述GaN缓冲层、重掺杂n-GaN层和p型GaN的生长厚度分别为25-30nm、2-3μm和300-400nm。
[0013]所述β-氧化镓纳米柱阵列为以镓金属作为镓蒸汽源通过CVD工艺垂直吸附在所述p型氮化镓层上，p型氮化镓与β-氧化镓形成垂直结构的二维异质结；
[0014]所述β-氧化镓纳米柱的直径为50-150nm，长度为1-1.5μm，利用氧化镓纳米柱阵列代替传统的三维结构，不仅提高载流子迁移率，而且提高了光的吸收系数，使得光电探测器具有更高的灵敏度和更快的响应速度；
[0015]本专利技术还提供了一种含氮化镓/氧化镓纳米柱阵列的自供电探测器的制备方法，包括如下步骤：
[0016]1)清洗柔性衬底：将衬底依次浸泡到丙酮、乙醇、去离子水中各超声，取出后再用去离子水冲洗，最后用干燥的N2吹干，待用；
[0017]2)制备p型氮化镓层：采用MOCVD法在蓝宝石衬底上生长GaN层，依次外延生长25-30nmGaN缓冲层、2-3μm的重掺杂n-GaN层、300-400nm的Mg掺杂P型GaN层，然后采用电化学腐蚀方法腐蚀重掺杂n-GaN层，得到p型氮化镓层；
[0018]3)β-氧化镓纳米柱阵列制备：在p型氮化镓层上以金属镓为蒸汽源通过CVD工艺形成β-氧化镓纳米柱阵列，在β-氧化镓纳米柱阵列的侧面上旋涂PMMA层，并固化PMMA；
[0019]4)石墨烯透明电极制备：通过CVD工艺在具有顶部PMMA层的Cu基板上生长石墨烯，然后蚀刻Cu基板进行分离，将分离的石墨烯转移到步骤3)得到的β-氧化镓纳米柱阵列上，干燥并清洗得到石墨烯透明电极；
[0020]5)将以上形成的p型氮化镓与β-氧化镓纳米柱阵列二维异质结通过电化学剥离法刻蚀重掺杂n-GaN，除去之后将异质结转移到步骤1)的柔性衬底上；
[0021]6)分别在柔性衬底、石墨烯透明电极上沉积Ti/Au电极，相互连接形成通路，即得到自供电探测器。
[0022]步骤3)所述β-氧化镓纳米柱阵列的CVD制备工艺包括将Au沉积在p型氮化镓衬底上，之后置于石英管中，以镓金属作为镓蒸汽源，反应形成β-氧化镓纳米柱，具体操作包括如下步骤：
[0023]首先在10-5
托的真空中，将Au沉积在p型氮化镓/蓝宝石衬底上，在600℃退火1h，形成金纳米颗粒；
[0024]使用纯度为99.999％的镓金属作为镓蒸汽源，将0.5g的Ga放在石英舟中，然后将有Au涂层的p型氮化镓/蓝宝石衬底夹在石英舟上；
[0025]将石英舟放置常规卧式管式炉的中心，设置试管内温度为900℃，升温速率为10℃/min，持续6小时，在生长过程中，石英管中保持每分钟100-120气泡的恒定氩气(Ar)流量；
[0026]完成后，CVD系统自然冷却，获得β-氧化镓纳米柱阵列。
[0027]步骤4)所述干燥并清洗的操作为干燥后，使用丙酮和去离子水清洗顶部PMMA层。
[0028]本专利技术的一种基于氮化镓/氧化镓纳米柱阵列异质结的自供电日盲光电探测器的工作原理是：氮化镓与氧化镓纳米柱阵列在接触面上形成异质结，利用氮化镓的光电压电效应，对氮化镓实施压缩应力，则在靠近氧化镓的界面出产生负压电电荷，使得氮化镓的能
带提高，同时增强内建电场，使得光更快分解且提高电子迁移率。
[0029]本专利技术的有益效果：
[0030]本专利技术的基于氮化镓/氧化镓纳米柱阵列异质结的自供电探测器，以氮化镓/氧化镓纳米柱阵列组成的异质结为器件的核心，利用氮化镓的压电光电效应调节势垒高度，有效地控制载流子的传输，从而制成可自供电日盲光电探测器，在日盲紫外探测领域有着潜在的应用前景；
[0031]本专利技术的自供电探测器的制备方法中，在氮化镓薄膜上制备氧化镓纳米阵列，氧化镓与氮化镓之间的界面处存在小的晶格失配和低的导带偏移，可以进一步提供高光电探测器的性能；采用透明导电的石墨烯电极，石墨烯在整个波长范围内具有高电导率和光学透明性，使其作为透明导电电极可提高光电探测器件的吸收系数，获得更高的响应度；采用柔性透明导电衬底PET，使得探测器可弯曲折叠，不仅可应用于便捷式可穿戴紫外线检测等领域，而且探测器弯曲时内部产生压电势，使得无需外接电源即可驱使探测器工作，进一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含氮化镓/氧化镓纳米柱阵列的自供电探测器，其特征在于，所述探测器为包括柔性衬底、p型氮化镓层、β-氧化镓纳米柱阵列、填充层以及电极组成的结构。2.由权利要求1所述的自供电探测器，其特征在于，所述探测器的结构为依次排布的电极、柔性衬底、p型氮化镓层、β-氧化镓纳米柱阵列以及电极，所述填充层包裹β-氧化镓纳米柱阵列的侧面。3.由权利要求2所述的自供电探测器，其特征在于，所述β-氧化镓纳米柱阵列以及电极之间还包括石墨烯透明电极。4.由权利要求1或2所述的自供电探测器，其特征在于，所述柔性衬底包括聚对苯二甲酸乙二醇酯衬底、聚酰亚胺衬底、聚丙烯己二酯衬底的一种。5.由权利要求1或2所述的自供电探测器，其特征在于，所述填充层的材料包括PMMA。6.由权利要求1或2所述的自供电探测器，其特征在于，所述氮化镓层的结构为依次排布的蓝宝石衬底、GaN缓冲层、重掺杂n-GaN层和p型GaN。7.由权利要求1或2所述的自供电探测器，其特征在于，所述β-氧化镓纳米柱阵列为以镓金属作为镓蒸汽源通过CVD工艺垂直吸附在所述p型氮化镓层上，p型氮化镓与β-氧化镓形成垂直结构的二维异质结。8.一种权利要求1～7任一项所述的含氮化镓/氧化镓纳米柱阵列的自供...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹以安，李佳霖，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：