[发明专利]一种嵌入式MSM结构的六方氮化硼深紫外光电探测器及其制备方法

说明书

一种嵌入式MSM结构的六方氮化硼深紫外光电探测器及其制备方法，属于半导体光电探测技术领域。本发明所述六方氮化硼深紫外光电探测器，自下而上由c轴蓝宝石衬底层、六方氮化硼层、嵌入式MSM电极结构层和六方氮化硼包层组成，其中嵌入式MSM电极结构层为叉指电极结构。本发明将MSM电极嵌入在六方氮化硼层内，并且在电极上方再覆盖一层六方氮化硼包层，相当于增大了曝光面积，可以最大程度增加光生载流子的收集范围；而六方氮化硼层内的载流子迁移率远高于层间迁移率，因而这种嵌入式MSM结构有利于提高器件的响应度和响应速度；同时电极嵌入在六方氮化硼薄膜中，也可以防止电极的脱落与沾污，从而保证器件的稳定性。

技术领域

本发明属于半导体光电探测技术领域，具体涉及一种嵌入式MSM结构的六方氮化硼深紫外光电探测器及其制备方法。

背景技术

随着红外探测技术的相对成熟，紫外探测技术也越来越受到人们的重视。紫外光探测器在太阳紫外监测、紫外天文学、安全空间通信及导弹制导和预警等领域有着广泛的应用。尤其是近年来，由于民用和军事工业对能够在高温和恶劣环境下工作的紫外光电探测仪器提出了新的要求，紫外光电探测器引起了人们的极大关注。现有紫外探测器中，工作在深紫外波段的探测器种类并不多。六方氮化硼作为Ⅲ-Ⅴ族超宽禁带半导体，禁带宽度高达6.0eV，属六方晶系，层状结构，又称为白色石墨。六方氮化硼材料具有诸多优点：如化学稳定性较好、热导率高、介电常数小、本征击穿电场高等，是制作深紫外光电探测器的优选材料之一。目前，受限于六方氮化硼的结晶质量和器件结构，六方氮化硼探测器的响应度和探测灵敏度较低，无法满足实际应用。目前已经报道的六方氮化硼光电探测器绝大多数都采用普通的金属-半导体-金属(MSM)结构。本发明从器件的电极结构入手，考虑了六方氮化硼材料的层状结构特性，提出了嵌入式MSM的电极结构并应用于六方氮化硼紫外光电探测器的制备，有助于提高六方氮化硼光电探测器的响应度和响应速度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种嵌入式MSM结构的六方氮化硼深紫外光电探测器及其制备方法，理论上可以提高器件的响应度和响应速度。

作为本发明的第一个目的，提供了一种嵌入式MSM结构的六方氮化硼深紫外光电探测器，如图1所示，自下而上为c轴蓝宝石衬底层1、六方氮化硼层2(厚度为200～500nm)、嵌入式MSM电极结构层3(嵌入式MSM电极结构层3为叉指电极结构，叉指间距和叉指宽度均为10～20μm，对数为20～40对；80～120nm厚)、六方氮化硼包层4(10～50nm厚)。

作为本发明的第二个目的，还提供了上述嵌入式MSM电极结构的六方氮化硼深紫外光电探测器的制备方法，如图2所示，其步骤如下：

(a)利用丙酮、乙醇、去离子水依次对c轴蓝宝石衬底1进行超声清洗，然后氮气吹干；

(b)利用离子束溅射/金属有机物化学气相沉积/金属助溶剂法/磁控溅射/低压化学气相沉积等方法在c轴蓝宝石衬底1表面生长200～500nm厚的六方氮化硼层2，然后进行原位退火；

(c)在六方氮化硼层2的表面均匀涂覆一层光刻胶层；

(d)通过前烘、曝光、显影、后烘等工序，在六方氮化硼层2的表面形成与拟制备的嵌入式MSM电极结构层3结构互补的图案化光刻胶层；

(e)利用步骤(d)得到的图案化光刻胶层做掩膜，利用电感耦合等离子体刻蚀技术对六方氮化硼层2进行刻蚀，工作气体采用SF₆；

(f)经过步骤(e)刻蚀后，在六方氮化硼层2表面得到与拟制备的嵌入式MSM电极结构层3结构相同的沟槽，沟槽深度为50～100nm；

(g)通过蒸镀或磁控溅射的方法，在步骤(f)刻蚀后的六方氮化硼层2表面沉积金属层(可以为钨、钛或钌等金属)；