[发明专利]一种高光谱选择性和高灵敏度紫外探测器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种紫外探测器，具体是指一种高光谱选择性和高灵敏度紫外探测器及其制备方法。

技术背景

由于高压线电晕、宇宙空间、导弹羽烟和火焰等都含有紫外辐射，使得紫外探测技术被应用于军事、科研、航空航天、通信电子等许多领域。目前，宽禁带半导体紫外探测器是紫外探测器的主要研究方向，尤其是日盲段紫外探测器，具有体积小、功耗小、无需低温冷却和虚警率低的优点，并可以通过调节材料组分改变响应的波长范围。

光谱选择性和灵敏度是紫外探测器的重要性能指标。探测器往往会对大于其禁带宽度的光谱范围都有响应，探测器的光谱选择性较差，例如对于氮化镓半导体材料，对于入射光波长小于365nm的入射光都有响应。而在很多情况下，需要对某一特定波长或波段的光谱进行探测，这时候就需要光电探测器具有很高的光谱选择性。另外，在恶劣的环境下，一些弱光信号很难被探测器检测到。因此，提高探测器的灵敏度也是研究紫外探测器的重要方向。

为了实现探测器的高光谱选择性和高灵敏度，通常需要在探测器上加滤波器和信号放大器，这些附件一般体积大，易碎价格贵，增加了探测器的复杂程度和制造成本，也使得探测器的适用范围大为缩小。本发明设计的基于β-Ga₂O₃/SiC薄膜的紫外探测器不仅可以检测特定波长的光谱，还可以探测弱光信号，实现探测器的高光谱选择性和高灵敏度。

发明内容

本发明的目的是提供一种灵敏度高、稳定性好、响应时间短、探测能力强以及光谱选择性高的基于β-Ga₂O₃/SiC薄膜的紫外探测器及其制备方法。

本发明的技术方案为：

一种高光谱选择性和高灵敏度紫外探测器，其特征在于由β-Ga₂O₃薄膜、n型4H-SiC衬底以及Ti/Au薄膜电极组成。

如图1所示为本发明设计的高光谱选择性和高灵敏度紫外探测器示意图，所述的高光谱选择性和高灵敏度紫外探测器，其特征在于所述的β-Ga₂O₃薄膜厚度为200-300nm，所述的n型4H-SiC衬底作为制备β-Ga₂O₃薄膜的衬底，所述的Ti/Au薄膜电极的位于Ga₂O₃薄膜和n型4H-SiC衬底表面，Ti薄膜电极厚度为20-40nm，Au薄膜电极厚度为80-100nm。

一种高光谱选择性和高灵敏度紫外探测器的制备方法，其特征在于该方法具有如下步骤：

1)n型4H-SiC衬底预处理：将n型4H-SiC衬底放入V(HF):V(H₂O₂)＝l:5的溶液中浸泡以去除自然氧化层，然后用丙酮、乙醇和去离子水分别超声清洗，并真空干燥；

2)放置靶材和衬底：把Ga₂O₃靶材放置在激光分子束外延系统的靶台位置，将步骤1)处理后的n型4H-SiC衬底固定在样品托上，放进真空腔；

3)β-Ga₂O₃薄膜沉积过程：先将腔体抽真空，通入氧气，调整真空腔内的压强，加热n型4H-SiC衬底，生长β-Ga₂O₃薄膜，待薄膜生长完毕，继续通入氧气，调整真空腔内的压强，对所得β-Ga₂O₃薄膜进行原位退火；其中，Ga₂O₃靶材与n型4H-SiC衬底的距离设定为5厘米，抽真空后腔体压强为1×10^-6Pa，加热n型4H-SiC衬底时腔体压强为1×10^-3Pa，β-Ga₂O₃薄膜进行原位退火时腔体压强为1-2Pa，激光能量为200mJ/cm²，激光脉冲频率为1Hz，激光的波长为248nm，n型4H-SiC衬底的加热温度为700-800℃，β-Ga₂O₃薄膜的退火温度为700-800℃，退火时间为1-2小时；

4)器件电极的制备：利用掩膜版并通过射频磁控溅射技术在Ga₂O₃薄膜和n型4H-SiC衬底上面沉积一层Ti/Au薄膜作为测量电极。