氧化物介质层改进的金刚石肖特基结界面的日盲紫外探测器及其制备方法

本发明属于半导体器件光电探测领域，具体涉及一种氧化物改进的金刚石肖特基结界面的高性能日盲紫外探测器件及其制备方法。

背景技术：

1、波长小于280nm的紫外线被称为日盲紫外线。太阳光谱中的这个范围的紫外线与大气层作用强烈，被大气层吸收了大部分，因此地球表面的太阳光中含有这个波段的辐射很少，这为该波段的探测器提供了一个天然的低辐射环境。金刚石是宽禁带半导体材料。其具有5.5ev的禁带宽度，适合于制作日盲紫外探测器件。目前已经研制出多种结构的金刚石日盲紫外器件。主要有光电导型和结型结构。光电导型主要是利用非掺杂的本征金刚石(iia)制作，通过施加较高的外界偏压收集紫外光激发的载流子，从而形成光电流。而结型器件主要有金刚石肖特基结，金刚石pin结和金刚石与其他半导体材料组成的异质结等结构。这种器件由于器件本身存在内建势垒，因此能够在较低的电压下工作。响应度是器件光电流与入射光功率的比值，是反映器件性能的重要指标。然而，响应度并未考量器件的暗电流的影响。实际应用中总是希望器件的响应度越大越好，暗电流越小越好，且工作电压越低越好。可探测度同时考量了器件响应度与暗电流影响。因此，一个性能较好的探测器件应该具有较大的响应度，可探测度和较低的工作电压。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有日盲紫外探测器件工作电压高、响应度低、可探测度低的问题，而提供了一种在较低工作电压下的、具有高响应度和高可探测度的金刚石日盲紫外探测器件及其制备方法。

2、本发明氧化物介质层改进的金刚石肖特基结界面的日盲紫外探测器包括欧姆接触电极、掺硼金刚石衬底、金刚石本征外延层、氧化物介质层和肖特基电极，在掺硼金刚石衬底的上表面沉积有金刚石本征层，在掺硼金刚石衬底的下表面沉积金属膜层作为欧姆电极，在金刚石本征层的上表面沉积氧化物介质层，在氧化物介质层上沉积(薄)金属电极作为肖特基电极；其中氧化物介质层为tio2、zro2、al2o3、sio2、aln、sin中的一种或者多种形成的叠层膜。

3、本发明采用的氧化物介质层为不导电的薄膜，不提供载流子，其对于肖特基界面缺陷，界面态具有钝化作用，抑制了界面势垒不均匀性，从而调节了开启电压范围。

4、本发明氧化物介质层改进的金刚石肖特基结界面的日盲紫外探测器的制备方法按照以下步骤实现：

5、一、采用微波等离子体化学气相沉积方法在掺硼金刚石衬底上外延生长金刚石本征层，得到金刚石基底；

6、二、在空气中以450～590℃对金刚石基底进行加热处理，得到热处理后的金刚石基底；

7、三、在热处理后的金刚石基底的掺硼金刚石一测沉积欧姆接触电极，退火处理后得到退火后的金刚石基底；

8、四、在退火后的金刚石基底的金刚石本征外延层一侧沉积氧化物介质层，得到带有氧化物介质层的金刚石基底；

9、五、在带有氧化物介质层的金刚石基底的上表面沉积金属肖特基电极，得到氧化物改进的金刚石肖特基结界面的日盲紫外探测器。

10、本发明所述的氧化物改进的金刚石肖特基结界面的高性能日盲紫外探测器及其制备方法包括以下有益效果：

11、氧化物改进的金刚石肖特基结具有较高的肖特基势垒与开启电压，也就是无光照的暗电流，需要在较高的正向电压下，才能有较大的正向导通电流。而普通的金刚石肖特基结器件，由于金刚石表面的势垒不均匀性等因素，通常具有较低的肖特基势垒与开启电压。这使得器件暗电流在较低的正向电压下就比较高，从而无法保证好的可探测度。本发明的氧化物改进的金刚石肖特基结界面的金刚石肖特基结，具有较高的开启电压，意味着在一定的正向电压下，暗电流低；施加紫外光照后，光线使得器件提前开启，从而获得很高的光电流响应。因此同时具有高的光电流响应与低的暗电流，从而保证了器件的高可探测度。另外，由于器件基于金刚石肖特基结，其还可以在0v下工作，即可作为自供电探测器件。

技术特征：

1.氧化物介质层改进的金刚石肖特基结界面的日盲紫外探测器，其特征在于该氧化物介质层改进的金刚石肖特基结界面的日盲紫外探测器包括欧姆接触电极(1)、掺硼金刚石衬底(2)、金刚石本征外延层(3)、氧化物介质层(4)和肖特基电极(5)，在掺硼金刚石衬底(2)的上表面沉积有金刚石本征层(3)，在掺硼金刚石衬底(2)的下表面沉积金属膜层作为欧姆电极(1)，在金刚石本征层(3)的上表面沉积氧化物介质层(4)，在氧化物介质层(4)上沉积金属电极作为肖特基电极(5)；其中氧化物介质层(4)为tio2、zro2、al2o3、sio2、aln、sin中的一种或者多种形成的叠层膜。

2.根据权利要求1所述的氧化物介质层改进的金刚石肖特基结界面的日盲紫外探测器，其特征在于肖特基电极(5)的材质为au、pt、ru、pd、w、cu、rh、mo、pb、ir、w中的一种或者多种形成叠层膜。

3.根据权利要求1所述的氧化物介质层改进的金刚石肖特基结界面的日盲紫外探测器，其特征在于肖特基电极(5)的厚度在5～30nm之间。

4.根据权利要求1所述的氧化物介质层改进的金刚石肖特基结界面的日盲紫外探测器，其特征在于氧化物介质层(4)的厚度为5～100nm。

5.根据权利要求1所述的氧化物介质层改进的金刚石肖特基结界面的日盲紫外探测器，其特征在于欧姆接触电极(1)为au、pt、ru、pd、ru、ti/au、ti/pt/au、ti/ru、ti/mo、cr/au、cr/ru、w、cu、rh、mo、pb、ir、w中的一种或者多种形成叠层膜。

6.如权利要求1所述的氧化物改进的金刚石肖特基结界面的日盲紫外探测器的制备方法，其特征在于该制备方法按照以下步骤实现：

7.根据权利要求6所述的氧化物改进的金刚石肖特基结界面的日盲紫外探测器的制备方法，其特征在于在掺硼金刚石衬底上外延生长金刚石本征层的过程如下：

8.根据权利要求6所述的氧化物改进的金刚石肖特基结界面的日盲紫外探测器的制备方法，其特征在于外延生长金刚石本征层的厚度在0.5～20μm之间。

9.根据权利要求6所述的氧化物改进的金刚石肖特基结界面的日盲紫外探测器的制备方法，其特征在于步骤三所述的退火处理是在450℃下退火10～30min。

10.根据权利要求6所述的氧化物改进的金刚石肖特基结界面的日盲紫外探测器的制备方法，其特征在于步骤三、步骤四和步骤五所述的沉积是采用磁控溅射、热蒸发或者电子束蒸发工艺进行沉积。

技术总结
氧化物介质层改进的金刚石肖特基结界面的日盲紫外探测器及其制备方法，本发明要解决现有日盲紫外探测器件工作电压高、响应度低、可探测度低的问题。本发明日盲紫外探测器在掺硼金刚石衬底的上表面沉积有金刚石本征层，在掺硼金刚石衬底的下表面沉积金属膜层作为欧姆电极，在金刚石本征层的上表面沉积氧化物介质层，在氧化物介质层上沉积金属电极作为肖特基电极；其中氧化物介质层为TiO<subgt;2</subgt;、ZrO<subgt;2</subgt;、Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;或者SiO<subgt;2</subgt;等。本发明氧化物改进的金刚石肖特基结界面的金刚石肖特基结，具有较高的开启电压，施加紫外光照后，光线使得器件提前开启，从而获得很高的光电流响应。同时具有高的光电流响应与低的暗电流，保证了器件的高可探测度。

技术研发人员：刘本建,朱嘉琦,刘康,代兵,韩杰才,赵继文,张森,郝晓斌
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12