专利名称：一种制备氧化镓一维亚微米结构紫外传感器的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备氧化镓一维亚微米结构紫外传感器的方法。它是利用中高温常压化学气相反应并辅之以电极制作技术，从而得到一种新型的氧化镓一维亚微米结构紫外传感器的制备方法。属于半导体材料研制技术领域。
背景技术：
氧化镓(Ga2O3)为白色粉末，是一种宽禁带半导体材料，室温下带隙为4. 9eV，对应于波长为253nm的紫外光，由于氧化镓材料内部氧空位的存在，使得氧化镓在300-400nm波长范围的紫外光下也有光吸收性质。氧化镓可以用作紫外光敏电阻、高温气敏原件、紫外光催化材料、透明氧化物导电膜等领域。传统的制备一维氧化镓结构的方法主要是通过物理气相沉积法或是化学气相沉积法，所得的产物尺寸大多在纳米量级并且反应一般是在高真空环境下完成的。本发明采用金属镓和空气中的氧气为原料，利用氩气作为辅助载气，在中高温且常压条件下通过化学反应制备出了氧化镓(Ga2O3) —维亚微米结构，主要形貌为晶须、晶条、晶带。此制备方法制得的产物具有易于操作，重复性好的特点，且所得的产物可以用于紫外光敏探测、高温气敏原件、紫外光催化等领域。近年来，基于氧化镓半导体原料制造的紫外传感器有了很大的发展。但是由于氧化镓低维结构生产条件苛刻，生产成本过高等原因，利用低维结构氧化镓制造紫外传感器一直没有得到很好的发展。现在的大多数氧化镓紫外传感器均是以氧化镓薄膜为基础制造，在体积，重量以及灵敏度上都不能满足现在器件小型化发展的需要。因此，我们提出的利用氧化镓一维亚微米结构制备紫外传感器，此方法具有一定的创新性和实用性，为将来低维氧化镓结构的紫外器件的生产和创新提出了一个新的思路，具有很重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备氧化镓一维亚微米结构紫外传感器的方法，它是先制备氧化镓(Ga2O3) —维亚微米结构并利用所得样品通过成熟的电极制作技术加工制成紫外传感器从而获得了一种新型的紫外传感器的制造方法。本发明的技术方案是将金属镓放于管式炉的加热区域，加热中高温并常压下时给炉内通入氩气，然后升至目标温度，保温，冷却后即得到氧化镓产物。其中，可以通过改变金属镓的用量来控制产物的量。该制备方法的反应机理为高温下金属镓与氧气发生反应，生成氧化镓。4Ga+302 — 2Ga203在得到氧化镓(Ga2O3) —维亚微米结构的原料后，利用简单的电极制作技术即可得到氧化镓(Ga2O3) —维亚微米结构紫外传感器器件。所得器件的I-V与I-T曲线如图3a 和图北所示。本发明一种制备氧化镓一维亚微米结构紫外传感器的方法，该方法具体步骤如下步骤一首先将金属镓放于SiC衬底上，然后将载有金属镓的SiC衬底放于管式炉中的加热区域，常压下封闭管式炉两端。开始升温，加热区域升温速率控制在10°c /min左右；步骤二 在加热区域的温度到达500°C之前，给管式炉内通入流量为IOOml/分钟的氩气，并继续加热；待温度升至900-1000°C时，开始保温1-3小时；步骤三冷却至室温，即得到白色絮状产物——氧化镓Ga2O3 —维亚微米结构。步骤四在显微镜下，利用半导体探针将已经制备成功的在SiC基底上的Ga2O3—维亚微米结构单根或者多根挑出并置于传感器基底上；步骤五将该传感器基底上的全部Ga2O3 —维亚微米结构利用金属掩模压实在基底上并固定，并利用磁控溅射或者热蒸发镀膜装置蒸镀Au或Ag制作电极；步骤六将已经制作好的电极连接导线，并使用半导体器件封装专用胶水进行封装，保证导线，电极和Ga2O3 —维亚微米结构的良好接触。此即完成氧化镓临203) —维亚微米结构紫外传感器的制备。其中，步骤五中所述的利用磁控溅射制作电极时的技术参数为工作腔室气压低于8. OX 10-4 ；极低温度为室温，固定不动；溅射功率为68W ；靶基距为9. 5cm ；溅射持续时间为 290-3IOs ；其中，步骤五中所述的利用热蒸发镀膜装置制作电极时的技术参数为工作腔室气压低于5. OX IO-3Pa ；基底温度为室温，转速15转/分钟；金属钼舟蒸发电流100A ；基底与蒸发源距离39cm ；蒸发持续时间170-190S。本方法所具备的优点是原料易获得，制备工艺简单，成本低廉，重复性好，可以多次和大量制备。
图Ia所制备产物在900°C保温情况下的电镜照片
图Ib所制备产物在950°C保温情况下的电镜照片
图Ic所制备产物在1000°C保温情况下的电镜照片
图2所制备的紫外传感器结构示意图
图3a所制备的紫外传感器在波长254nm紫外光下和无光状态下的][-V曲线
图北所制备的紫外传感器在波长254nm紫外光下和无光状态下的][-T曲线
图4为本发明流程框图
具体实施例方式实施例1以金属镓为原料，将金属镓放于SiC衬底上，将该衬底至于管式炉(天津中环实验电炉有限公司SK-G0412;3K)的加热区域，在空气常压气氛下升温加热，加热区域升温速率控制在10°C /min左右。在加热过程中，加热区域的温度到达400°C时，向管式炉内通入 IOOml/分钟的氩气，并继续加热。温度升至900°C时，开始保温3小时。保温结束后让管式炉自然冷却，即得到白色絮状产物。如图la。
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得到原料后，在室温、低湿环境中，利用半导体探针挑取单根或者多根生成物于透明无紫外吸收基底上，在氧化镓亚微米结构两端蒸镀金属电极，热蒸发镀膜装置制作电极时的技术参数为工作腔室气压低于5. 0 X 10-3Pa ；基底温度为室温，转速15转/分钟；金属钼舟蒸发电流100A左右；基底与蒸发源距离39cm;蒸发持续时间180s左右，并在蒸镀腔体工作气压中保存12小时。取出所得产物利用环氧树脂AB胶进行整体封装即可得到紫外传感器器件。如图2实施例2以金属镓为原料，将金属镓放于SiC衬底上，将该衬底至于管式炉的加热区域，在空气常压气氛下升温加热，加热区域升温速率控制在10°c /min左右。在加热过程中，加热区域的温度到达300°C时，向管式炉内通入流量为IOOml/分钟的氩气，并继续加热。温度升至1000°C时，开始保温1小时。保温结束后让管式炉自然冷却，即得到白色絮状产物。如图 Ib或图Ic得到原料后，在室温、低湿环境中，利用半导体探针挑取单根或者多根生成物于透明无紫外吸收基底上，在氧化镓亚微米结构两端(磁控)溅射金属电极，工作腔室气压低于 8. OX IO-4Pa ；极低温度为室温，固定不动；溅射功率为68W ；靶基距为9. 5cm ；溅射持续时间为300s左右)并在磁控溅射腔体工作气压中保存M小时。取出所得产物利用环氧树脂AB 胶进行封装即可得到紫外传感器器件。如图2。所得器件的I-V与I-T曲线如图3a和图 3b所示。
权利要求
1.一种制备氧化镓一维亚微米结构紫外传感器的方法，其特征在于该方法具体步骤如下步骤一首先将金属镓放于SiC衬底上，然后将载有金属镓的SiC衬底放于管式炉中的加热区域，常压下封闭管式炉两端；开始升温，加热区域升温速率控制在10°c /min ；步骤二 在加热区域的温度到达500°C之前，给管式炉内通入流量为IOOml/分钟的氩气，并继续加热；待温度升至900-1000°C时，开始保温1-3小时；步骤三冷却至室温，即得到白色絮状产物——氧化镓Ga2O3—维亚微米结构； 步骤四在显微镜下，利用半导体探针将已经制备成功的在SiC基底上的Ga2O3 —维亚微米结构单根或者多根挑出并置于传感器基底上；步骤五将该传感器基底上的全部Ga2O3 —维亚微米结构利用金属掩模压实在基底上并固定，并利用磁控溅射或者热蒸发镀膜装置蒸镀Au或Ag制作电极；步骤六将已经制作好的电极连接导线，并使用半导体器件封装专用胶水进行封装，保证导线，电极和(^a2O3 —维亚微米结构的良好接触，此即完成氧化镓一维亚微米结构紫外传感器的制备。
2.根据权利要求所述的一种制备氧化镓一维亚微米结构紫外传感器的方法，其特征在于步骤五中所述的利用磁控溅射制作电极时的技术参数为工作腔室气压低于 8. OX IO-4Pa ；极低温度为室温，固定不动；溅射功率为68W ；靶基距为9. 5cm ；溅射持续时间为 290-310s。
3.根据权利要求所述的一种制备氧化镓一维亚微米结构紫外传感器的方法，其特征在于步骤五中所述的利用热蒸发镀膜装置制作电极时的技术参数为工作腔室气压低于 5. OX IO-3Pa ；基底温度为室温，转速15转/分钟；金属钼舟蒸发电流100A ；基底与蒸发源距离39cm ；蒸发持续时间170-190S。
全文摘要
一种制备氧化镓一维亚微米结构紫外传感器的方法，它有六大步骤一、将载有金属镓的SiC衬底放于管式炉中的加热区域升温；二温度到达500℃之前，给炉内通入氩气，并继续加热升温至900-1000℃时，保温1-3小时；三、冷却至室温，得到白色絮状的氧化镓Ga2O3一维亚微米结构；四、在显微镜下，利用半导体探针将已制好的在SiC基底上的Ga2O3一维亚微米结构单根或者多根挑出并置于传感器基底上；五、将该传感器基底上的全部Ga2O3一维亚微米结构固定，并利用磁控溅射或热蒸发镀膜装置蒸镀Au或Ag制作电极；六、将制作好的电极连接导线，并使用专用胶水进行封装，保证导线，电极和Ga2O3一维亚微米结构的良好接触。本发明工艺简单，成本低廉，可以大量制备。
文档编号H01L31/18GK102222730SQ20111017457
公开日2011年10月19日 申请日期2011年6月27日 优先权日2011年6月27日
发明者王天民, 程晋阳, 辛宪栋, 郝维昌 申请人:北京航空航天大学