专利名称：肖特基型室温核辐射探测器及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种核辐射探测器及其制备方法，具体涉及一种肖特基型 GaN室温核辐射探测器及其制备方法。
背景技术：
室温核辐射探测器是继气体探测器、闪烁体探测器之后发展起来的一类 新型探测器，具有室温灵敏度髙、噪声低、响应光谱宽、脉冲时间短、探测 效率髙、抗辐照损伤能力强、稳定性髙等优点，在环境监测、核医学、工业 无损检测、安全检查、核武器突防、航空航天、天体物理和髙能物理等领域 具有广泛的用途，已经成为现代髙科技领域的前沿研究热点之一。由于室温核辐射探测器要求在室温下工作，且对能量分辨率和探测效率 要求较髙，所以对制备探测器的材料也提出了很髙的要求。 一般认为必须满 足如下要求①较高的原子序数，确保对Y射线有较髙的阻止本领，从而保 证探测器具有较髙的探测效率；②较大的禁带宽度，保证探测器在室温下工作时，具有较髙的电阻率和较低的漏电流；(D良好的工艺性能，容易制得纯 度髙、完整性好的单晶体，同时具有优良的机械性能和化学稳定性，便于进 行机械加工，容易制作成势垒接触或欧姆接触；④优异的物理性能，能耐较 髙的反向偏压，反向漏电流小，正向电流也小，同时材料中载流子的迁移率 -寿命积要大，确保探测器具有良好的能量分辨率。此外，这些半导体材料在 其单晶生长、晶体加工上也应有较为成熟的工艺，因此，符合上述要求的材 料很少。目前，研究最多的是CdZnTe(CZT)室温核辐射探测器，美国、俄罗斯等 国都已将CZT晶体材料及其探测器商业化，然而，该晶体材料存在如下问 题①由于CZT晶体材料的热传导率极低、其堆垛缺陷形成能较小，使其 在晶体生长过程中，温度波动等因素极易引起孪晶的出现；②由于其临界切 应力低，极易产生位错；③其组成元素中，Cd的蒸气分压较其它两种组分的蒸气分压髙得多，易造成熔体富Te;④在其晶体生长的降温过程中，髙温 下存在的固溶区其宽度在室温时将收縮至"0",容易形成Te沉淀/夹杂，从 而影响材料性能因此，制备髙质量的CZT晶体及其探测器是比较困难的， 其成本也非常昂贵。现今作为第三代半导体材料代表的GaN及其多元合金材料，因其独特而 优异的光学和电学性能，备受学术界和工业界的关注和青睐，特别在光电子 (如发给二极管LED和激光二极管)和微电子(髙电子迁移率晶体管HEMT)领域的研究和应用尤其活跃，是当今半导体界的国际焦点。在探测器领域，GaN基材料也逐渐成为紫外探测器、特别是太阳光盲紫 外探测器的研究热点。例如，《半导体学报》第25巻第6期第711页至714 页的"GaN基肖特基结构紫外探测器" 一文，即公开了一种GaN基的紫外 探测器，由生长在蓝宝石衬底上的20纳米的GaN缓冲层、1微米的ii型GaN 外延层和0.6微米的本征GaN外延层构成，表面制备肖特基电极，并通过光 刻在n型GaN外延层上制备欧姆电极，具有良好的紫外探测性能。由于GaN 具有宽带隙、强共价键结合、髙熔点、高击穿电场、抗腐蚀、抗辐射等优良 性能，因此发明人认为其可以作为室温核辐射探测器半导体材料，解决现有 CZT室温核辐射探测器存在的问题。然而，现有的GaN紫外探测器厚度只 有1 2微米，并不适用于室温核辐射探测。另一方面，现有技术中，在制备肖特基型探测器时，采用的是单向生长 工艺，采用多步光刻的方式制备接触电极，因而制备工艺比较复杂，这也同 时增加了探测器的制作成本。发明内容本发明目的是提供一种肖特基型室温核辐射探测器及其制备方法，获得 的探测器应当具有良好的室温灵敏度、探测效率和稳定性，同时，简化制备 工艺，降低成本。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是 一种肖特基型室温核辐射 探测器，包括以GaN基底形成的肖特基结构、肖特基电极和欧姆电极，所 述GaN基底为厚膜结构，其厚度为100um 200iim,所述肖特基电极和欧姆电极分别位于GaN基底的两侧表面上。上述技术方案中，所述GaN基底是GaN单晶厚膜，电阻率为106 109Q*cm,位错密度小于106cm-2。上述技术方案中，与ii型掺杂层相连的接触电极是在n型掺杂层外表面 沉积10nm 30nm的Ti/Au而成的，而在另一表面沉积10nm 30nm的Pd 或Au而制成的接触电极。该种肖特基型室温核辐射探测器的制备方法，包括如下步骤1) 采用MOCVD法，在蓝宝石衬底上生长GaN薄膜，薄膜厚度在lum 4um之间2) 将上述GaN薄膜作为新的衬底，生长GaN单晶厚膜；3) 当GaN单晶厚膜厚度为100um 200um时，生长结束，进行降温， 使GaN单晶厚膜从衬底上分离，得到GaN单晶衬底；4) 在上述GaN单晶厚膜衬底的一面生长n-GaN(Si)薄膜，Si离子掺杂 浓度为5xl017/cm2 5xl019/cm3,形成n型掺杂层，厚度为lum 3um;5) 在上述n型掺杂层上沉积10nm 30nm的Ti/Au,制成欧姆电极；再 在另一面上沉积10nm 30nm的Pd或Au,制成肖特基电极；6) 经钝化、封装后制成肖特基型GaN室温核辐射探测器。 由于上述技术方案的使用，本发明与现有技术相比，具有下列优点1. 由于本发明采用的GaN厚膜厚度有100um 200um,适应于核辐射 能量较大的情形，GaN材料具有髙电阻率、大原子序数、强共价键结合、髙 熔点、髙击穿电场、抗腐蚀、抗辐射等优良性能，因此，用其制备的室温核 辐射探测器具有良好的室温灵敏度、探测效率和稳定性，更适用于强辐射场 的探测领域；2. 本发明采用厚膜，可以脱离蓝宝石衬底，将电极分别制作在探测器 两面，因而省去了套刻光刻工艺，生长方法新颖，制作工艺简单；3. 由于本发明使用的GaN材料具有良好的机械性能和化学稳定性，其 材料生长工艺较为成熟，易制备得到髙质量的GaN晶体材料；4. 本发明的GaN材料具有更宽的禁带宽度(GaN为3.39， CZT为1.5)， 因此由其制备的室温核辐射探测器不需要通过降温来减少热噪声，可以真正实现室温工作。
附图1是本发明实施例一的层次结构示意图。其中1、 GaN单晶厚膜衬底；2、 n型掺杂层；3、欧姆电极；4、肖特 基电极。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述实施例一参见附图l所示， 一种肖特基型室温核辐射探测器，包括以 GaN基底形成的肖特基结构、肖特基电极和欧姆电极，所述GaN基底由GaN 单晶厚膜衬底1和n型掺杂层2构成，厚度分别为100um 200um和2um, n型掺杂层2表面设置所述欧姆接触电极3,衬底的另一侧表面设置所述肖 特基结电极4。其中，所述GaN基底的电阻率为106 109ft*cm,位错密度小于106cm-2。 所述电极是在所述GaN基底的两个表面分别沉积10nm/30nm的Ti/Au， 和20nm的Pd或Au而制成的接触电极。上述肖特基型室温核辐射探测器的制备方法，包括如下步骤1) 采用MOCVD法，在蓝宝石衬底上生长GaN薄膜，薄膜厚度在lum 4um之间；2) 将上述GaN薄膜作为新的衬底，生长GaN单晶厚膜；3) 当GaN单晶厚膜厚度为100um 200um时，生长结束，进行降温， 使GaN单晶厚膜从衬底上分离，得到GaN单晶衬底；4) 在上述GaN单晶厚膜衬底的一面生长n-GaN(Si)薄膜，Si离子掺杂 浓度为5xl017/cm2 5xl019/cm3,形成n型掺杂层，厚度为lum 3um;5) 在上述n型掺杂层上沉积10nm 30nm的Ti/Au,制成欧姆电极；再 在另一面上沉积10nm 30nm的Pd或Au,制成肖特基电极6) 经钝化、封装后制成肖特基型GaN室温核辐射探测器。
权利要求
1.一种肖特基型室温核辐射探测器，包括以GaN基底形成的肖特基结构、肖特基电极和欧姆电极，其特征在于所述GaN基底为厚膜结构，其厚度为100um～200um，所述肖特基电极和欧姆电极分别位于GaN基底的两侧表面上。
2. 根据权利要求1所述的肖特基型室温核辐射探测器，其特征在于 所述GaN基底是GaN单晶厚膜，电阻率为106 109Q'cm，位错密度小于 106cnT2。
3. 根据权利要求1所述的肖特基型室温核辐射探测器，其特征在于 所述电极是在所述GaN基底的两个表面分别沉积10nm 30nm的Pd或Au 而制成的接触电极。
4. 一种肖特基型室温核辐射探测器的制备方法，其特征在于，包括如 下步骤 1) 采用MOCVD法，在蓝宝石衬底上生长GaN薄膜，薄膜厚度在lum 4um之间； 2) 将上述GaN薄膜作为新的衬底，生长GaN单晶厚膜； 3) 当GaN单晶厚膜厚度为100um 200um时，生长结束，进行降温， 使GaN单晶厚膜从衬底上分离，得到GaN单晶衬底 4) 在上述GaN单晶厚膜衬底的一面生长ii-GaN(Si)薄膜，Si离子掺杂 浓度为5xl017/Cm2 5xl019/Cm3,形成n型掺杂层，厚度为lum 3nm; 5) 在上述n型掺杂层上沉积10nm 30nm的Ti/Au，制成欧姆电极；再 在另一面上沉积10nm 30nm的Pd或Au，制成肖特基电极； 6) 经钝化、封装后制成肖特基型GaN室温核辐射探测器。
全文摘要
本发明公开了一种肖特基型室温核辐射探测器，包括以GaN基底形成的肖特基结构、肖特基电极和欧姆电极，其特征在于所述GaN基底为厚膜结构，其厚度为100um～200um，所述肖特基电极和欧姆电极分别位于GaN基底的两侧表面上。由于本发明使用的GaN材料具有宽禁带宽度、高电阻率、大原子序数、强共价键结合、高熔点、高击穿电场、抗腐蚀、抗辐射等优良性能，制备的室温核辐射探测器具有良好的室温灵敏度、探测效率和稳定性，更适用于强辐射场的探测领域。同时，本发明的制造工艺简单，成本低廉，适于工业化推广。
文档编号H01L31/18GK101241948SQ20081001983
公开日2008年8月13日 申请日期2008年3月18日 优先权日2008年3月18日
发明者敏 陆 申请人:苏州纳米技术与纳米仿生研究所