[发明专利]一种氧化镓多晶薄膜晶体管型紫外探测器的制备方法

说明书

本发明公开了一种氧化镓(Ga₂O₃)多晶薄膜晶体管型紫外探测器的制备方法，该紫外探测器的结构自下而上依次为p型Si层、SiO₂层、Ga₂O₃多晶层和Au/Ti电极对。其采用脉冲激光沉积(PLD)方法制备，包括如下：使用Si/SiO₂为衬底材料，采用PLD方法制备Ga₂O₃多晶层作为沟道层，最后在多晶薄膜表面镀上Au/Ti电极完成薄膜晶体管型紫外探测器的制作，其中衬底SiO₂作为绝缘层，衬底Si作为栅极，Au/Ti电极作为源极和漏极。相较于传统的Ga₂O₃基紫外探测器，此方法制备的薄膜晶体管型紫外探测器具有结构简单、制备简便、暗电流低、光暗比大等优势，为Ga₂O₃功率器件的发展奠定了基础。

技术领域

本发明涉及一种氧化镓(Ga₂O₃)多晶薄膜晶体管型紫外探测器的制备方法，属于半导体光电器件技术领域。

背景技术

近年来，紫外探测技术吸引了来自各国科研学者的关注，目前已经被应用于多个领域，包括航空航天等军事领域以及人们的日常生活，如人体内维生素的合成、紫外致癌等方面。其中，波长小于280nm的紫外光被称为日盲紫外，利用日盲紫外可以避免背景噪声的干扰，所制备的器件灵敏度高，在导弹预警、空洞检测等方面有巨大的应用价值。常见的光电紫外探测器作为紫外探测技术的核心具有响应速度快、稳定性好等优点。

传统的固态探测器采用半导体硅(Si)、砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)等。但这些材料的禁带宽度较小，无法实现紫外全波段的高响应。氧化镓(Ga₂O₃)是一种直接带隙宽禁带氧化物半导体，禁带宽度高达4.7eV，具有更加优异的物理性能，在节能减排、信息技术、国防装备等领域都有广泛的应用。使用Ga₂O₃制备的光电探测器工作电压较低、能耗较小、噪声小，且在高温下仍具有优异的化学、机械和热稳定性能。

光电紫外探测器可分为很多种，包括光电导型(PC)、光伏型(PV)和光电子发射型(PE)，常见的光伏型探测器又包括PN结构、MSM结构等，但这些结构的器件灵敏度较低且不能控制器件的开关态。薄膜晶体管(TFT)是一种电压控制器件，可以通过控制栅压改变输出电流。本发明旨在利用一种简单成熟的方法在硅片上制备高质量氧化镓多晶薄膜并实现TFT应用，该方法基于现有可产业化的方式和原料，可极大的降低成本，有利于推广应用。

发明内容

为克服传统紫外探测器暗电流较大的问题，本发明首次将脉冲激光沉积(PLD)法在硅衬底上制备的高质量氧化镓(Ga₂O₃)多晶薄膜应用在薄膜晶体管型紫外探测器中，提供了一种制备工艺简单、制作成本低且光暗比大、暗电流低的Ga₂O₃多晶薄膜晶体管型紫外探测器的制备方法。具体制备步骤如下：

1)清洗Si/SiO₂衬底，获得表面洁净且无氧化物吸附的Si/SiO₂片，SiO₂厚度为300nm:

将Si/SiO₂衬底分别使用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗15min，清洗结束后用N₂吹干表面水分，并放入等离子体清洗器中用等离子体清洗10-15min，以去除衬底表面的有机物，获得洁净的表面；

将清洗后的Si/SiO₂衬底放入真空腔室内，加热至200℃并保温10min，以去除衬底表面吸附氧等杂质，获得无杂质且无氧吸附的Si/SiO₂层。