一种带隙可调的三元合金LuxIn1-xO材料的制备及其日盲紫外探测器的应用

本发明涉及光电探测领域，具体涉及一种带隙可调的三元合金luxin1-xo材料的制备及其日盲紫外探测器的应用。

背景技术：

1、基于宽禁带半导体制备的日盲紫外探测器在体积、可靠性、以及应用灵活性等方面具有显著优势，在近地通讯、火焰探测以及生态环境检测等领域受到广泛关注。为提高探测器在日盲紫外波段的光谱选择性，通常要求制备探测器的光敏层半导体材料的带隙要大于4.2ev。氧化镓、金刚石、aln等半导体，由于具有本征超宽带隙的特点，是当前制备日盲紫外探测器的理想候选材料。然而，具有本征宽带隙的半导体材料的种类有限，将会阻碍多类型日盲紫外探测器的发展。

2、通过能带工程将窄带隙的半导体材料的带隙展宽，是拓宽日盲紫外探测器光敏层材料的选择范围常用策略。例如，可通过组分调控实现带隙的展宽的mgzno、algan三元合金材料，已被报道用于高性能日盲紫外探测器的制备。将这些传统的、具有结晶取向的三元合金实现日盲带隙的展宽往往需要严苛的合成工艺，因而，具有简单合成工艺特点的非晶合金材料的带隙调控在能带工程领域获得重大关注。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种带隙可调的三元合金luxin1-xo材料的制备及其在日盲紫外探测器的应用。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

3、本发明第一方面提供了一种带隙可调的三元合金luxin1-xo材料的制备方法，采用磁控溅射的方法制备三元合金luxin1-xo材料，选择氧化铟靶材和氧化镥靶材；所述氧化铟靶材的溅射功率为25-35w，氧化镥靶材的溅射功率为30-150w；将ar以及o2引入设备腔体，室温条件下，在基底上得到luxin1-xo，其中0<x<1。

4、in2o3是一种带隙宽度约3.6-3.75ev、电子迁移率高达300cm2·v-1·s-1的n型半导体材料。氧化镥(lu2o3)，一种具有带隙宽度5.5～6.0ev的超宽带隙半导体，此外，lu3+离子和in3+离子的半径彼此接近，分别为和lu–o和in–o的键长分别为0.222和0.220nm。因此，在高掺杂浓度下，lu掺杂对in2o3膜晶格畸变的影响也相对较小。

5、优选地，所述氧化铟靶材的溅射功率为30w。

6、优选地，所述基底为蓝宝石衬底，所述蓝宝石衬底上外延生长gan薄膜。

7、优选地，将20sccmar以及3sccm o2引入设备腔体并保持腔体压力0.6pa。

8、优选地，所述luxin1-xo的带隙宽度为3.85-5.2ev。

9、本发明第二方面提供了一种所述的带隙可调的三元合金luxin1-xo材料的制备方法制备得到的带隙可调的三元合金luxin1-xo材料。

10、本发明第三方面提供了所述的带隙可调的三元合金luxin1-xo材料在日盲紫外探测器制备中的应用。

11、本发明第四方面提供了一种日盲紫外探测器，其结构包括由下自上依次设置的：

12、蓝宝石衬底；所述蓝宝石衬底上外延生长gan薄膜；

13、三元合金薄膜，所述三元合金薄膜沉积在所述蓝宝石衬底表面；所述三元合金薄膜为所述的带隙可调的三元合金luxin1-xo材料；

14、所述日盲紫外探测器的正电极为pt，负电极为in。

15、所述日盲紫外探测器的正电极pt通过溅射方法沉积在三元合金薄膜的表面；器件的负电极in通过电烙铁直接焊接在gan衬底上。

16、优选地，所述三元合金薄膜为lu0.39in0.61o薄膜；所述lu0.39in0.61o薄膜lu/in原子摩尔组分比为(0.385-0.395)：(0.605-0.615)。

17、优选地，所述三元合金薄膜的厚度为190-220nm；所述gan薄膜厚度为800-1200nm；进一步优选地，所述三元合金薄膜的厚度为200-210nm；所述gan薄膜厚度为900-1000nm。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

19、本发明采用磁控共溅射的方法将lu原子引入in2o3的晶格，实现luxin1-xo(0<x<1)三元合金的带隙在日盲紫外区域的展宽。通过调节氧化镥靶材的溅射功率，可以实现luxin1-xo三元合金薄膜的带隙在3.85到5.2ev范围的连续可调。基于带隙宽度～5.2ev的lu0.39in0.61o薄膜所构建的pt/luxin1-xo/gan异质结器件，展现了稳定及可靠地日盲紫外探测性能。在0v偏压下，器件的响应峰值为～0.81ma/w(对应的响应波段为255nm)，日盲紫外可见抑制比为(r255nm/r400nm)～318、衰减时间为～0.56s。该器件比au/lu0.39in0.61o/gan器件具有更大的短路电流、更大的开路电压以及更小的暗电流密度。pt电极与薄膜界面处的肖特结是lu0.39in0.61o/gan异质结器件在0v偏压下呈现可靠的日盲紫外光电性能的重要原因。本发明对拓展luxin1-xo三元合金在日盲紫外探测领域的应用具有重要意义。

技术特征：

1.一种带隙可调的三元合金luxin1-xo材料的制备方法，其特征在于，采用磁控溅射的方法制备三元合金luxin1-xo材料，选择氧化铟靶材和氧化镥靶材；所述氧化铟靶材的溅射功率为25-35w，氧化镥靶材的溅射功率为30-150w；将ar以及o2引入设备腔体，室温条件下，在基底上得到luxin1-xo，其中0<x<1。

2.根据权利要求1所述的带隙可调的三元合金luxin1-xo材料的制备方法，其特征在于，所述氧化铟靶材的溅射功率为30w。

3.根据权利要求1所述的带隙可调的三元合金luxin1-xo材料的制备方法，其特征在于，所述基底为蓝宝石衬底，所述蓝宝石衬底上外延生长gan薄膜。

4.一种权利要求1-3任意一项所述的带隙可调的三元合金luxin1-xo材料的制备方法制备得到的带隙可调的三元合金luxin1-xo材料。

5.根据权利要求4所述的带隙可调的三元合金luxin1-xo材料在日盲紫外探测器制备中的应用。

6.一种日盲紫外探测器，其特征在于，其结构包括由下自上依次设置的：

7.根据权利要求6所述的日盲紫外探测器，其特征在于，所述三元合金薄膜为lu0.39in0.61o薄膜。

8.根据权利要求6所述的日盲紫外探测器，其特征在于，所述三元合金薄膜的厚度为190-220nm；所述gan薄膜厚度为800-1200nm。

技术总结
本发明公开了一种带隙可调的三元合金Lu<subgt;x</subgt;In<subgt;1‑x</subgt;O材料的制备及其日盲紫外探测器的应用。一种带隙可调的三元合金Lu<subgt;x</subgt;In<subgt;1‑x</subgt;O材料的制备方法，采用磁控溅射的方法制备三元合金Lu<subgt;x</subgt;In<subgt;1‑x</subgt;O材料，选择氧化铟靶材和氧化镥靶材；所述氧化铟靶材的溅射功率为25‑35W，氧化镥靶材的溅射功率为30‑150W；将Ar以及O<subgt;2</subgt;引入设备腔体，室温条件下，在基底上得到Lu<subgt;x</subgt;In<subgt;1‑x</subgt;O，其中0<x<1。本发明采用磁控共溅射的方法将Lu原子引入In<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;的晶格，实现Lu<subgt;x</subgt;In<subgt;1‑x</subgt;O(0<x<1)三元合金的带隙在日盲紫外区域的展宽。通过调节氧化镥靶材的溅射功率，可以实现Lu<subgt;x</subgt;In<subgt;1‑x</subgt;O三元合金薄膜的带隙在3.85到5.2eV范围的连续可调。基于带隙宽度～5.2eV的Lu<subgt;0.39</subgt;In<subgt;0.61</subgt;O薄膜所构建的Pt/Lu<subgt;0.39</subgt;In<subgt;0.61</subgt;O/GaN异质结器件，展现了稳定及可靠地日盲紫外探测性能。

技术研发人员：张丹,梁家荣,李伟森,蔡寒
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19