利用MXene-GaN肖特基结的MSM多量子阱光电探测器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种利用MXene

【技术实现步骤摘要】
利用MXene
‑
GaN肖特基结的MSM多量子阱光电探测器及其制备方法


[0001]本专利技术属于光电探测器
，具体涉及一种利用MXene
‑
GaN肖特基结的MSM多量子阱光电探测器及其制备方法。

技术介绍

[0002]光电探测器是一类广泛用于传感与探测领域的重要器件，目前，光电探测器的典型器件结构包括肖特基型，金属
‑
半导体
‑
金属(MSM)型，p
‑
i
‑
n(PIN)型和雪崩型(APD)。MSM光电探测器由两个背对背的肖特基触点组成，以其高响应速度而受到研究人员的关注。此外，由于场效应晶体管(FET)技术可以共享FET栅极的相同肖特基触点，并且不需要双极掺杂，因此易于制造并且可以与场效应晶体管(FET)技术集成在一起。但是，此类探测器仍有许多挑战有待解决。首先便是暗电流较大的问题，由于金属的沉积在金属
‑
半导体表面引起化学无序和较多的缺陷状态，导致大量的反向隧穿电流。其次便是MSM光电探测器的响应度较低，原因在于不透明金属电极的叉指型设计导致了垂直入射光部分被反射，以及透明金属电极的高成本和脆性，这些原因综合导致了探测器的响应度偏低。因此，如何有效的减少界面缺陷减低暗电流以及提升探测器响应率成为MSM型光电探测器亟待解决的问题。
[0003]MXene材料是一种新型的二维(2D)材料，这种独特的2D材料具有许多的特性，例如金属导电性，机械柔韧性，亲水性，良好的透射率和化学稳定性。另外，不同的表面终止官能团将影响MXene的静电势和电子结构，使得其功函数可以在1.6eV到6.2eV之间变化，广泛可调的功函数使MXene成为与不同器件所需的各种半导体材料形成欧姆或肖特基接触的理想选择，或可解决MSM型探测器所面临的高暗电流和低响应度的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于：
[0005]为解决现有技术中的MSM型光电探测器暗电流大、响应度低的问题，提供一种利用MXene
‑
GaN肖特基结的MSM多量子阱光电探测器及其制备方法，使该光电探测器可应用于水下光学检测和水下通信等领域。
[0006]本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种利用MXene
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GaN肖特基结的MSM多量子阱光电探测器，包括生长基底，所述生长基底为图形化蓝宝石衬底结构，所述生长基底表面上由下至上连接有GaN薄膜层、n型GaN薄膜层、GaN
‑
InGaN组合层和MXene材料层。
[0008]进一步地，所述GaN
‑
InGaN组合层设置有多层，每层GaN
‑
InGaN组合层均由位于上方的GaN层和位于下方的InGaN层相互连接组成。
[0009]进一步地，所述GaN薄膜层由未掺杂GaN组成，GaN薄膜层的厚度为2.2μm～2.6μm。
[0010]进一步地，所述n型GaN薄膜层的厚度为1.4μm～1.6μm。
[0011]一种利用MXene
‑
GaN肖特基结的MSM多量子阱光电探测器制备方法，其特征在于，
包括如下步骤：
[0012]a.将图形化蓝宝石衬底结构作为探测器生长基底；
[0013]b.在步骤a的生长基底上生长GaN薄膜；
[0014]c.在步骤b的GaN薄膜上生长n型GaN薄膜；
[0015]d.在步骤c的n型GaN薄膜上生长多层的GaN
‑
InGaN组合层；
[0016]e.制备MXene材料，在步骤d的多层GaN
‑
InGaN组合层表面上覆盖Ti3C2T
x
MXene薄膜。
[0017]进一步地，所述步骤d中GaN
‑
InGaN组合层结构的生长方法为：通过金属有机化合物气相沉积在图形化的蓝宝石衬底上异质外延生长GaN
‑
InGaN多量子阱，包括如下步骤：
[0018]①
生长铟含量约为25％、厚度为3nm的InGaN量子阱层；
[0019]②
在步骤
①
的条件下，在60秒内使温度升高100℃，以此生长10nm高温GaN势垒；
[0020]③
以生长的材料作为基础，重复步骤
①
、
②
，最终形成多个周期的GaN
‑
InGaN多量子阱结构。
[0021]进一步地，所述步骤e中MXene材料的制备方法包括如下步骤：
[0022]S1、制备Ti3C2T
x
MXene水溶液；
[0023]S2、制备Ti3C2T
x
MXene薄膜层。
[0024]进一步地，所述步骤S1制备Ti3C2T
x
MXene水溶液包括如下步骤：
[0025](1)在5分钟的时间内，将0.67g的LiF溶于6mol/L的10mL HCl溶液中，并持续搅拌；
[0026](2)将1g的Ti3AlC
2 MAX粉末添加到蚀刻剂中，然后在室温下磁力搅拌24h；
[0027](3)在步骤(2)的条件下，将所获得的酸性混合物转移至离心管并以3500rpm的转速离心；
[0028](4)将获得的悬浮液用去离子水反复洗涤，并离心直至达到中性pH；
[0029](5)在步骤(4)的条件下，收集沉淀物，使其在去离子水中重新分散，并在氩气气氛下超声处理3小时；
[0030](6)将溶液以3500rpm的转速离心1h，得到的上清液即所需的Ti3C2T
x
MXene水溶液；
[0031]进一步地，所述步骤S2制备Ti3C2T
x
MXene薄膜层包括如下步骤：
[0032]1)用去离子水洗涤晶片；
[0033]2)当晶片仍然潮湿时，在其上粘贴带有电极形孔的聚氯乙烯静电膜；
[0034]3)待去离子水干燥后，将步骤S1中制备好的Ti3C2T
x MXene溶液滴在掩模上以覆盖孔，等待MXene溶液自然干燥；
[0035]4)在孔中形成Ti3C2T
x MXene膜后，除去PVC静电膜，将探测器器件放进氩气氛中，于300℃进行退火，得到Ti3C2T
x
MXene薄膜。
[0036]MQW即为多量子阱multiple quantum well，是指多个量子阱组合在一起的系统。
[0037]PSS即图形化蓝宝石衬底Patterned sapphiresubstrate，在蓝宝石衬底上生长干法刻蚀用掩膜，用标准的光刻工艺将掩膜刻出图形，利用ICP刻蚀技术刻蚀蓝宝石，并去掉掩膜，再在其上生长GaN材料，可使GaN材料的纵向外延变为横向外延。
[0038]综上所述，由于采用了上述技术方案，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用MXene
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GaN肖特基结的MSM多量子阱光电探测器，其特征在于，包括生长基底，所述生长基底为图形化蓝宝石衬底结构，所述生长基底表面上由下至上连接有GaN薄膜层、n型GaN薄膜层、GaN
‑
InGaN组合层和MXene材料层。2.根据权利要求1所述的利用MXene
‑
GaN肖特基结的MSM多量子阱光电探测器，其特征在于，所述GaN
‑
InGaN组合层设置有多层，每层GaN
‑
InGaN组合层均由位于上方的GaN层和位于下方的InGaN层相互连接组成。3.根据权利要求1所述的利用MXene
‑
GaN肖特基结的MSM多量子阱光电探测器，其特征在于，所述GaN薄膜层由未掺杂GaN组成，GaN薄膜层的厚度为2.2μm～2.6μm。4.根据权利要求1所述的利用MXene
‑
GaN肖特基结的MSM多量子阱光电探测器，其特征在于，所述n型GaN薄膜层的厚度为1.4μm～1.6μm。5.一种利用MXene
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GaN肖特基结的MSM多量子阱光电探测器制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a.将图形化蓝宝石衬底结构作为探测器生长基底；b.在步骤a的生长基底上生长GaN薄膜；c.在步骤b的GaN薄膜上生长n型GaN薄膜；d.在步骤c的n型GaN薄膜上生长多层的GaN
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InGaN组合层；e.制备MXene材料，在步骤d的多层GaN
‑
InGaN组合层表面上覆盖Ti3C2T
x
MXene薄膜。6.根据权利要求5所述的利用MXene
‑
GaN肖特基结的MSM多量子阱光电探测器制备方法，其特征在于，所述步骤d中GaN
‑
InGaN组合层结构的生长方法为：通过金属有机化合物气相沉积在图形化的蓝宝石衬底上异质外延生长GaN
‑
InGaN多量子阱，包括如下步骤：
①
生长铟含量约为25％、厚度为3nm的InGaN量子阱层；
②
在步骤
①
的条件下，在60秒内使温度升高...

【专利技术属性】
技术研发人员：巫江，罗凌志，黄一轩，程科铭，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：