[发明专利]基于NiFe2O4/Ga2O3的紫外光电二极管及其制备方法

权利要求书

1.一种基于NiFe₂O₄/Ga₂O₃的紫外光电二极管的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、对衬底(1)进行清洗，清洗后用氮气吹干待用；

所述步骤1中清洗流程为：使用清洗液-丙酮-酒精-去离子水逐步对样品进行清洗；

步骤2、在步骤1清洗后的衬底(1)上进行P型NiFe₂O₄层生长；

所述步骤2中衬底(1)上P型NiFe₂O₄层生长时采用磁控溅射设备，以NiFe₂O₄陶瓷材料为靶材，以氩气Ar和氧气O₂作为溅射气体，溅射时Ar:O₂比例为10:1～5:1，衬底温度为500～600℃，溅射压强控制为0.5～5Pa，溅射功率控制为100～200W，溅射时间控制为0.1～5小时，之后将溅射得到的样品在空气环境下退火处理，退火温度为600～700℃，退火时间为0.5～2小时，得到P型NiFe₂O₄异质外延层；

步骤3、在步骤2得到的P型NiFe₂O₄层上的部分区域进行N型β-Ga₂O₃层生长；

所述步骤3中采用溶胶凝胶法在P型NiFe₂O₄层部分区域中生长N型β-Ga₂O₃层，其中以Ga(NO₃)₃xH₂O作为Ga源，以乙二醇甲醚CH₃OCH₂CH₂OH作为溶剂，以乙醇胺HOCH₂CH₂NH₂作为稳定剂，具体如下：

步骤3.1、配置溶液：以Ga(NO₃)₃xH2O作为溶质，以乙二醇甲醚CH₃OCH₂CH₂OH作为溶剂，以乙醇胺HOCH₂CH₂NH₂作为稳定剂，溶液浓度为0.3～0.6mol/L；

步骤3.2、将步骤3.1得到的溶液在60～70℃，恒温下搅拌2～3小时形成溶胶，陈化36～48小时后对溶胶进行过滤；

步骤3.3、将所述步3.2配置好的溶胶旋涂于P型NiFe₂O₄层上，旋涂时控制旋涂转速为2500～3000rpm，旋转时间为30～45秒，将旋涂后得到的材料在100～200℃空气环境下低温热处理10～40分钟，然后再用快速退火炉500～700℃高温热处理10～40分钟；

步骤3.4、加热处理后待材料在空气中冷却至室温后再进行二次旋涂及热处理，通过调整上述旋涂及热处理重复次数控制所制备的N型β-Ga₂O₃层的厚度；

步骤3.5、将旋涂及热处理完毕后得到的材料放置于空气环境中进行退火处理，退火温度为600℃～1000℃，退火时间1～3小时，得到N型β-Ga₂O₃层；

步骤4、在步骤2得到的P型NiFe₂O₄层上制作P型NiFe₂O₄层上的电极(3)；

所述步骤4中P型NiFe₂O₄层上制作电极时采用磁控溅射，首先以Ti作为溅射靶材在P型NiFe₂O₄异质外延层表面溅射形成Ti层，溅射时间控制为0.1～2小时，溅射压强控制为0.1～10Pa，溅射功率控制为100～200W；之后以Au作为溅射靶材在Ti层表面溅射形成Au层，溅射时间控制为0.1～2小时，溅射压强控制为2～4Pa，溅射功率为10～20mW；

步骤5、在步骤3得到的N型β-Ga₂O₃层上制作N型β-Ga₂O₃层上的电极(5)，最终形成所述基于NiFe₂O₄/Ga₂O₃的紫外光电二极管；

所述步骤5中在N型β-Ga₂O₃层上制作电极时采用磁控溅射，首先以Ni作为靶材，沉积时间控制为0.1～2小时，沉积压强控制为0.1～10Pa，溅射功率控制为100～200W；之后以Au作为溅射靶材在Ni层表面溅射形成Au层，沉积时间控制为0.1～2小时，沉积压强控制为2～4Pa，溅射功率为10～20mW，最终形成所述基于NiFe₂O₄/Ga₂O₃的紫外光电二极管；

所述基于NiFe₂O₄/Ga₂O₃的紫外光电二极管，包括衬底(1)，衬底(1)上形成有P型NiFe₂O₄层(2)，P型NiFe₂O₄层(2)的部分区域上形成有N型β-Ga₂O₃层(4)，N型β-Ga₂O₃层(4)上为N型β-Ga₂O₃层上的电极(5)，P型NiFe₂O₄层(2)的另外部分区域上形成有P型NiFe₂O₄层上的电极(3)，所述P型NiFe₂O₄层上的电极(3)和N型β-Ga₂O₃层上的电极(5)材料均为Au、Al、Ni、Ti、Cu、Pb金属材料中的一种，或者包含上述金属材料的合金或ITO导电性化合物，所述衬底(1)为Al₂O₃、石英、绝缘MgO或者绝缘SrTiO₃衬底，所述N型β-Ga₂O₃层(4)厚度为100～200nm，掺杂浓度为10¹⁵～10¹⁶cm^-3，所述P型NiFe₂O₄层(2)厚度为100～200nm，载流子浓度为10¹⁷～10¹⁸cm^-3。