栅极调控的高响应Sn掺杂Ga2O3微米线光电探测器及其制备方法技术

本发明专利技术提出了一种栅极调控的高响应Sn掺杂Ga2O3微米线光电探测器及其制备方法，光电探测器包括衬底，衬底上从下到上依次设置有Sn掺杂Ga2O3微米线层、绝缘层和栅极，Sn掺杂Ga2O3微米线层一侧的衬底上设置有源极，另一侧的衬底上设置有漏极。本发明专利技术通过栅电压来调控光生空穴从而改变肖特基势垒的方法，从而实现了高响应Sn掺杂Ga2O3微米线光电探测器的制备。微米线光电探测器的制备。微米线光电探测器的制备。

【技术实现步骤摘要】
栅极调控的高响应Sn掺杂Ga2O3微米线光电探测器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及光电探测器
，特别是指一种栅极调控的高响应Sn掺杂Ga2O3微米线光电探测器及其制备方法。

技术介绍

[0002]Ga2O3作为一种超宽带隙半导体，带隙为4.2
‑
5.3eV，具有本征的日盲选择性，击穿场强高，抗辐射损伤，稳定性好，适合制作光电探测器件。已经报道了各种基于Ga2O3的电子和光电器件，传统高响应Ga2O3光电探测器大多是利用未掺杂的Ga2O3制作，高响应来源于光电导和光电二极管的雪崩效应等。目前Sn掺杂Ga2O3材料制备的探测器存在暗电流大，光暗电流比小，响应度低，响应较小的问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术提出一种栅极调控的高响应Sn掺杂Ga2O3微米线光电探测器及其制备方法，通过栅电压来调控光生空穴从而改变肖特基势垒的方法，从而实现了高响应Sn掺杂Ga2O3微米线光电探测器的制备。
[0004]本专利技术的技术方案是这样实现的：栅极调控的高响应Sn掺杂Ga2O3微米线光电探测器，包括衬底，衬底上从下到上依次设置有Sn掺杂Ga2O3微米线层、绝缘层和栅极，Sn掺杂Ga2O3微米线层一侧的衬底上设置有源极，另一侧的衬底上设置有漏极。
[0005]进一步地，源极和漏极均包括50～100纳米厚的Ti层，Ti层的上侧设有40
‑
90纳米厚的Au层；源极和漏极的间距为5～15微米。
[0006]进一步地，栅极包括40～60纳米厚的Ni层，Ni层的上侧设置有80～120纳米厚的Au层；栅极的长度2～6微米，宽度0.8～5微米。
[0007]进一步地，Sn掺杂Ga2O3微米线直径为0.8～5微米。
[0008]进一步地，绝缘层为Al2O3绝缘层；衬底为Al2O3衬底，衬底的厚度为300～400微米。
[0009]栅极调控的高响应Sn掺杂Ga2O3微米线光电探测器的制备方法，包括以下步骤：
[0010](1)将Sn掺杂Ga2O3微米线超声分散到无水乙醇中，然后滴涂在衬底上；
[0011](2)将步骤(1)滴涂后的衬底在氩气中退火，得到Sn掺杂Ga2O3微米线层；
[0012](3)在步骤(2)的衬底上旋涂光刻胶，并利用激光直写光刻技术制备出源极和漏极的图案，源极和漏极的图案分别位于Sn掺杂Ga2O3微米线层的两侧；
[0013](4)利用磁控溅射技术制备源极和漏极，并使用Lift
‑
off工艺进行剥离；
[0014](5)在源极和漏极之间的Sn掺杂Ga2O3微米线层上，利用原子层沉积技术制备绝缘层；
[0015](6)在步骤(5)的衬底上旋涂光刻胶，并利用激光直写光刻技术制备出栅极的图案，栅极的图案位于绝缘层上；
[0016](7)利用热蒸发技术制备栅极，并使用Lift
‑
off工艺进行剥离。
[0017]进一步地，步骤(2)中，滴涂后的衬底在400～600℃进行退火，时间为5～10分钟。
[0018]进一步地，步骤(3)中，光刻显影时间为40
‑
60秒。
[0019]进一步地，步骤(5)中，原子层沉积所用的铝源为三甲基铝，氧源为水，气体为氩气；原子层沉积步骤如下：在沉积之前，通过机械泵将沉积室压强抽至低于2.0
×
10
‑3Pa；温度增加至250℃，然后再通入氩气，调控气体压强为1.2～1.8Pa，铝源和氧源的脉冲时间分别为0.025～0.035秒和0.015～0.025秒，吹扫时间分别为40秒和30秒，沉积时间为200～700分钟，沉积厚度约为20～70纳米。
[0020]进一步地，步骤(6)中，光刻显影时间为30～60秒。
[0021]本专利技术的有益效果：
[0022]Sn掺杂Ga2O3微米线因为表面吸附氧气，电子被束缚在微米线表面形成氧离子，使电极和Ga2O3微米线之间形成了肖特基势垒。本专利技术在衬底上制备了顶栅结构的Sn掺杂Ga2O3微米线光电探测器，在暗态下通过施加负栅压使器件暗电流降低，实现了大的光暗电流比；在加光情况下通过栅电压调控光生空穴的移动，降低了电极与微米线之间肖特基势垒的高度，在Sn掺杂Ga2O3微米线中实现了高响应度。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1为本专利技术器件的结构示意图。
[0025]图2为实施例1中所述器件在光学显微镜下的照片。
[0026]图3为实施例2所述器件在在光学显微镜下的照片。
[0027]图4为Sn掺杂Ga2O3微米线的XRD图。
[0028]图5为器件在暗态下的转移特性曲线。
[0029]图6为器件在光功率约为1μw/cm2的254nm紫外光照射下的转移特性曲线。
[0030]图7为器件在栅电压在0v和
‑
15v下的IT曲线。
[0031]图8为器件源漏电压为30v时的响应度和外量子效率与栅电压的关系。
具体实施方式
[0032]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0033]实施例1
[0034]如图1所示，栅极调控的高响应Sn掺杂Ga2O3微米线光电探测器，包括衬底，衬底上从下到上依次设置有Sn掺杂Ga2O3微米线层、绝缘层和栅极，Sn掺杂Ga2O3微米线层一侧的衬底上设置有源极，另一侧的衬底上设置有漏极。
[0035]Sn掺杂Ga2O3微米线直径为0.8～2微米。绝缘层为Al2O3绝缘层；衬底为Al2O3衬底，
衬底的厚度为300～400微米。
[0036]Sn掺杂Ga2O3微米线的制备方法：蓝宝石衬底分别在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗15分钟，然后用高纯氮气吹干。利用磁控溅射系统在清洗后的蓝宝石基底上沉积了500nm的金薄膜。随后，将镀金膜的蓝宝石基板装入高温管式炉，在900℃下进行快速热退火。退火后，蓝宝石上的金膜聚集成颗粒；
[0037]将氧化镓、氧化锡和碳粉(质量比1：1：2)的混合粉末放入氧化铝舟上，氧化铝舟上倒挂着蓝宝石/金颗粒衬底。然后将氧化铝舟装入管式炉，在生长过程中，将氩气(200sccm)和氧气(5sccm)注入管中，并使用机械泵(泵送速度＝4L/s)同时对管进行抽真空。将管式炉加热至1160℃，并保温1小时。最后，将管式炉冷却到室温。
[0038]栅极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.栅极调控的高响应Sn掺杂Ga2O3微米线光电探测器，包括衬底，其特征在于：衬底上从下到上依次设置有Sn掺杂Ga2O3微米线层、绝缘层和栅极，Sn掺杂Ga2O3微米线层一侧的衬底上设置有源极，另一侧的衬底上设置有漏极。2.根据权利要求1所述的栅极调控的高响应Sn掺杂Ga2O3微米线光电探测器，其特征在于：源极和漏极均包括50～100纳米厚的Ti层，Ti层的上侧设有40
‑
90纳米厚的Au层；源极和漏极的间距为5
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15微米。3.根据权利要求1所述的栅极调控的高响应Sn掺杂Ga2O3微米线光电探测器，其特征在于：栅极包括40～60纳米厚的Ni层，Ni层的上侧设置有80～120纳米厚的Au层；栅极的长度2～8微米，宽度0.8～5微米。4.根据权利要求1所述的栅极调控的高响应Sn掺杂Ga2O3微米线光电探测器，其特征在于：Sn掺杂Ga2O3微米线直径为0.8～5微米。5.根据权利要求1所述的栅极调控的高响应Sn掺杂Ga2O3微米线光电探测器，其特征在于：绝缘层为Al2O3绝缘层；衬底为Al2O3衬底，衬底的厚度为300～400微米。6.栅极调控的高响应Sn掺杂Ga2O3微米线光电探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将Sn掺杂Ga...

【专利技术属性】
技术研发人员：张重阳，杨珣，单崇新，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：