CN105932104A - 一种氧化镓日盲紫外探测器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种氧化镓日盲紫外探测器及其制备方法，其中，氧化镓日盲紫外探测器的制备方法包括：将融化的金属镓旋涂于衬底表面；将表面涂覆有金属镓的衬底在预设温度条件焙烧第一预设时间，预设温度的取值范围为800‑1100℃，包括端点值，第一预设时间的取值范围为10‑200min，包括端点值；冷却衬底以及焙烧所得产物，在衬底表面形成金属镓层，以及位于金属镓层背离衬底一侧的β‑氧化镓纳米线阵列薄膜；在β‑氧化镓纳米线阵列薄膜背离金属镓层一侧表面形成金属层；引出金属层以及金属镓层分别作为第一探测电极和第二探测电极。整个制备过程的制备工艺简单、所需成本较低，且制备所得的氧化镓日盲紫外探测器的响应速度较快。

Description

一种氧化镓日盲紫外探测器及其制备方法
技术领域
本申请涉及光学探测器件技术领域，更具体地说，涉及一种氧化镓日盲紫外探测器及其制备方法。
背景技术
日盲光谱区是指波长在200-280nm波段的紫外光，由于太阳辐射在这波段的光几乎完全被地球的臭氧层所吸收，因此在这个波段内大气层的背景辐射几乎为零。也正是由于这个原因，工作区域在日盲光谱区的日盲紫外探测器的背景噪音极低，从而具有级高的灵敏度，可以应用于导弹预警、天际通信和火灾监控等领域。而β-氧化镓是一种具有广阔应用前景的重要功能材料，其禁带宽度为4.9eV，对应吸收波长为253nm，是一种天然的可用于制备日盲紫外探测器件的半导体材料。
现有技术中的氧化镓日盲紫外探测器的结构如图1所示，包括：衬底11；位于所述衬底11表面的第一电极层12；位于所述第一电极层12背离所述衬底11一侧的β-氧化镓单晶层13；位于所述β-氧化镓单晶层13背离所述第一电极层12一侧的第二电极层14。其中所述第一电极层12与所述β-氧化镓单晶层13形成欧姆接触，第二电极层14与所述β-氧化镓单晶层13形成肖特基接触。在实际的应用过程中，所述第一电极层12和第二电极层14需要分别引出，作为所述氧化镓日盲紫外探测器的两个探测电极。但是由于所述β-氧化镓单晶层13的制备工艺较为复杂，且所需成本较高；另外对于高电阻的β-氧化镓材料而言，很难在所述第一电极层12表面制备与其能够形成良好欧姆接触的β-氧化镓单晶层13，这进一步增加了所述氧化镓日盲紫外探测器的制备工艺难度。
因此，亟需一种制备工艺简单且所需成本较低的氧化镓日盲紫外探测器的制备方法。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种氧化镓日盲紫外探测器及其制备方法，以解决制备氧化镓日盲紫外探测器的制备工艺复杂且所需成本较高的问题。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了如下技术方案：
一种氧化镓日盲紫外探测器的制备方法，包括：
将融化的金属镓旋涂于衬底表面；
将表面涂覆有金属镓的衬底在预设温度条件焙烧第一预设时间，所述预设温度的取值范围为800-1100℃，包括端点值，所述第一预设时间的取值范围为10-200min，包括端点值；
冷却所述衬底以及焙烧所得产物，在所述衬底表面形成金属镓层，以及位于所述金属镓层背离所述衬底一侧的β-氧化镓纳米线阵列薄膜；
在所述β-氧化镓纳米线阵列薄膜背离所述金属镓层一侧表面形成金属层；
引出所述金属层以及所述金属镓层分别作为第一探测电极和第二探测电极。
优选的，所述将融化的金属镓旋涂于衬底表面包括：
将预设质量的金属镓加热融化；
将融化的金属镓涂于衬底表面；
将表面涂有融化的金属镓的衬底以预设转速旋转第二预设时间，所述第二预设时间的取值范围为1-100s，包括端点值。
优选的，所述预设质量的取值范围为200-500mg，包括端点值。
优选的，在所述β-氧化镓纳米线阵列薄膜背离所述金属镓层一侧表面形成金属层包括：
利用掩膜板覆盖所述β-氧化镓纳米线阵列薄膜背离所述金属镓层一侧表面；
利用热蒸镀法在所述覆盖有掩膜板的β-氧化镓纳米线阵列薄膜表面蒸镀一层金金属层；
取下掩膜板。
优选的，引出所述金属层以及所述金属镓层分别作为第一探测电极和第二探测电极包括：
去除部分表面没有覆盖所述金金属层的β-氧化镓纳米线阵列薄膜，使部分所述金属镓层裸露；
利用导体引出所述金属镓层作为第一探测电极；
利用导体引出所述金金属层作为第二探测电极。
优选的，所述β-氧化镓纳米线阵列薄膜包括
位于金属镓层表面的β-氧化镓薄膜；
位于所述β-氧化镓薄膜背离所述金属镓层表面一侧的有序的β-氧化镓纳米线阵列。
优选的，所述金属镓层的厚度的取值范围为0.1-20μm，包括端点值。
优选的，所述衬底为c面蓝宝石衬底或a面蓝宝石衬底或r面蓝宝石衬底。
一种氧化镓日盲紫外探测器，采用上述任一实施例所述的方法制备。
从上述技术方案可以看出，本发明实施例提供了一种氧化镓日盲紫外探测器及其制备方法，其中，利用所述方法制备的氧化镓日盲紫外探测器以β-氧化镓纳米线阵列薄膜替代β-氧化镓单晶层，整个制备过程中不需要加入掺杂试剂、表面活性剂、酸碱试剂和添加剂；并且在形成所述β-氧化镓纳米线阵列薄膜的同时形成了与其形成良好欧姆接触的金属镓层。不仅解决了制备β-氧化镓单晶层的制备工艺复杂且所需成本较高的问题，而且解决了难以与高电阻的β-氧化镓材料层形成欧姆接触的问题，进一步降低了所述氧化镓日盲紫外探测器的制备工艺难度。
进一步的，发明人通过对所述β-氧化镓纳米线阵列薄膜进行光学结构表征分析发现，所述β-氧化镓纳米线阵列薄膜中的β-氧化镓纳米线长度均一且有序排列，大大提高了所述氧化镓日盲紫外探测器的响应时间。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为现有技术中的氧化镓日盲紫外探测器的结构示意图；
图2为本申请的一个实施例提供的一种氧化镓日盲紫外探测器的制备方法的流程示意图；
图3为本申请的一个具体实施例提供的一种氧化镓日盲紫外探测器的制备方法的流程示意图；
图4为本申请的实施例1中制备获得的β-氧化镓纳米线阵列薄膜的SEM照片以及对应位置元素分布的线扫描图谱；
图5为本申请的实施例1中制备获得的β-氧化镓纳米线阵列薄膜的XRD谱图；
图6为本申请的实施例1中制备获得的β-氧化镓纳米线阵列薄膜的TEM照片(左)和SAED图片(右)；
图7为本申请的实施例2中制备的氧化镓日盲紫外探测器的IV曲线；
图8为本申请的实施例2中制备的氧化镓日盲紫外探测器的光谱响应曲线；
图9为本申请的实施例2中制备的氧化镓日盲紫外探测器的光开关曲线；
图10为本申请的实施例2中制备的氧化镓日盲紫外探测器的I-t曲线；
图11为本申请的一个实施例提供的一种氧化镓日盲紫外探测器的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例提供了一种氧化镓日盲紫外探测器的制备方法，如图2所示，包括：
S101：将融化的金属镓旋涂于衬底表面；
S102：将表面涂覆有金属镓的衬底在预设温度条件焙烧第一预设时间，所述预设温度的取值范围为800-1100℃，包括端点值，所述第一预设时间的取值范围为10-200min，包括端点值；
S103：冷却所述衬底以及焙烧所得产物，在所述衬底表面形成金属镓层，以及位于所述金属镓层背离所述衬底一侧的β-氧化镓纳米线阵列薄膜；
S104：在所述β-氧化镓纳米线阵列薄膜背离所述金属镓层一侧表面形成金属层；
S105：引出所述金属层以及所述金属镓层分别作为第一探测电极和第二探测电极。
在本实施例中，通过步骤S102的一次焙烧和步骤S103的一次冷却操作即可同时形成所述β-氧化镓纳米线阵列薄膜和与其形成良好欧姆接触的金属镓层。利用所述方法制备的氧化镓日盲紫外探测器以β-氧化镓纳米线阵列薄膜替代β-氧化镓单晶层，整个制备过程中不需要加入掺杂试剂、表面活性剂、酸碱试剂和添加剂。不仅解决了制备β-氧化镓单晶层的制备工艺复杂且所需成本较高的问题，而且解决了难以与高电阻的β-氧化镓材料层形成欧姆接触的问题，进一步降低了所述氧化镓日盲紫外探测器的制备工艺难度。
在上述实施例的基础上，在本申请的另一个实施例中，如图3所示，所述方法包括：
S201：将预设质量的金属镓加热融化，所述预设质量的取值范围为200-500mg，包括端点值；
S202：将融化的金属镓涂于衬底表面；
S203：将表面涂有融化的金属镓的衬底以预设转速旋转第二预设时间，所述第二预设时间的取值范围为1-100s，包括端点值；
S204：将表面涂覆有金属镓的衬底在预设温度条件焙烧第一预设时间，所述预设温度的取值范围为800-1100℃，包括端点值，所述第一预设时间的取值范围为10-200min，包括端点值；
S205：冷却所述衬底以及焙烧所得产物，在所述衬底表面形成金属镓层，以及位于所述金属镓层背离所述衬底一侧的β-氧化镓纳米线阵列薄膜；
S206：利用掩膜板覆盖所述β-氧化镓纳米线阵列薄膜背离所述金属镓层一侧表面；
S207：利用热蒸镀法在所述覆盖有掩膜板的β-氧化镓纳米线阵列薄膜表面蒸镀一层金金属层；
S208：取下掩膜板；
S209：去除部分表面没有覆盖所述金金属层的β-氧化镓纳米线阵列薄膜，使部分所述金属镓层裸露；
S210：利用导体引出所述金属镓层作为第一探测电极，利用导体引出所述金金属层作为第二探测电极。
需要说明的是，所述预设转速的可选取值范围为1000-10000rpm，包括端点值。但本申请对此并不做限定，具体视实际情况而定。
一般而言，通过上述流程制备的所述β-氧化镓纳米线阵列薄膜包括：
位于金属镓层表面的β-氧化镓薄膜；
位于所述β-氧化镓薄膜背离所述金属镓层表面一侧的有序的β-氧化镓纳米线阵列。
在本实施例中，所述预设质量的优选的取值范围为200-500mg，包括端点值，但本申请对所述预设质量的具体取值范围并不做限定，具体视实际情况而定。在本申请的一个实施例中，所述预设温度的取值为1000℃，但在本申请的其他实施例中，所述预设温度的取值还可以为500℃、600℃、800℃、1100℃或1200℃，本申请对所述预设温度的取值范围和具体取值并不做限定，具体视实际情况而定。
还需要说明的是，通过上述流程制备的所述日盲紫外探测器各层厚度的取值范围一般如下：所述金属镓层的厚度的取值范围为0.1-20μm，包括端点值；所述β-氧化镓纳米线阵列薄膜中β-氧化镓纳米线的长度的取值范围为0.1-10μm、所述β-氧化镓纳米线的直径的取值范围为50-100μm，所述β-氧化镓纳米线阵列的厚度的取值范围为0.1-10μm。
在步骤S206中使用掩膜板的目的是，仅使所述β-氧化镓纳米线阵列薄膜的部分表面蒸镀形成金金属层，以便对裸露的β-氧化镓纳米线阵列薄膜进行擦除操作，从而使部分金属镓层裸露出来，以便使用导体引出所述金属镓层作为第一探测电极。本实施例仅提供了一种可行的引出所述金属镓层和所述金金属层的方案，在本申请的其他实施例中，还可以通过其他方式引出所述金属镓层和所述金金属层，本申请对此并不做限定，具体视实际情况而定。
需要说明的是，在利用热蒸镀法在所述覆盖有掩膜板的β-氧化镓纳米线阵列薄膜表面蒸镀金金属层时，具体蒸镀条件包括：蒸镀气压的取值范围为1×10-3-1×10-2Pa，包括端点值；蒸发电流的取值范围为40-140A，包括端点值；待蒸发金颗粒的质量的取值范围为10-500mg，包括端点值。
另外，在本申请的其他实施例中，还可以利用磁控溅射法或气相沉积法或原子束法在所述β-氧化镓纳米线阵列薄膜表面形成金金属层，本申请对此并不做限定，具体视实际情况而定。但需要注意的是，在利用磁控溅射法在所述β-氧化镓纳米线阵列薄膜表面溅射金金属层时可能会由于溅射功率过大而对所述β-氧化镓纳米线阵列薄膜造成损坏，因此需要严格控制在磁控溅射过冲中的溅射功率大小。
在上述实施例的基础上，在本申请的一个优选实施例中，所述衬底为c面蓝宝石衬底或a面蓝宝石衬底或r面蓝宝石衬底。本申请对所述衬底的具体类型并不做限定，只要所述衬底具有硬度大、耐高温和绝缘的特性即可，具体视实际情况而定。
为了更好的表征利用所述方法制备的所述日盲紫外探测器中的β-氧化镓纳米线阵列薄膜的结构，在下面的实施例1中，通过采用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope，SEM)和透射电子显微镜(TransmissionElectron Microscope，TEM)来表征所述β-氧化镓纳米线阵列薄膜的表面形貌特征和颗粒大小。使用X射线衍射(X-ray diffraction，XRD)表征所述β-氧化镓纳米线阵列薄膜中的晶体结构。使用选区电子衍射(selected area electrondiffraction，SAED)表征所述β-氧化镓纳米线阵列薄膜中β-氧化镓纳米线阵列40的生长取向。
实施例1：
在本实施例中，所述β-氧化镓纳米线阵列薄膜的具体制备流程包括：
S301：将200mg金属镓加热融化后涂到c面蓝宝石衬底上；
S302：将表面涂有金属镓的c面蓝宝石衬底置于旋涂机上，以5000rpm的转速旋转20s；
S303：将经过旋涂后的c面蓝宝石衬底在空气或者氧气条件下，1000℃高温焙烧80min后冷却，获得所述β-氧化镓纳米线阵列薄膜。
接下来对实施例1中获得的β-氧化镓纳米线阵列薄膜进行SEM扫描和XRD测试。图4为实施例1中获得的β-氧化镓纳米线阵列薄膜的SEM照片和对应位置元素分布的线扫描图谱，从图中可以看出，所得的β-氧化镓纳米线阵列薄膜为多层结构；从c面蓝宝石衬底(主要成分为氧化铝，对应于附图4中的Al2O3)向上分别为金属镓层、β-氧化镓薄膜和β-氧化镓纳米线阵列。构成所述β-氧化镓纳米线阵列的β-氧化镓纳米线垂直于c面蓝宝石衬底，排列有序且长度和直径均一。通过对附图4进行分析可得，所述β-氧化镓纳米线的长度约为4-5μm，直径约为100-200nm。金属镓层20的厚度大约为12μm。
图5为实施例1中获得的β-氧化镓纳米线阵列薄膜的XRD谱图，对图中的特征峰进行比对可以看出，所得的β-氧化镓纳米线阵列薄膜材料为β-氧化镓。但是在XRD谱图中没有观察到金属镓层的特征峰，这是因为金属镓的熔点为29.8℃，在常温下易融化为粘稠状液体，因此无法在XRD谱图看到与金属镓层对应的特征峰。其中，标号为c-sapphire的特征峰代表所述c面蓝宝石衬底的特征峰，其他标号的特征峰均为β-氧化镓的特征峰。
图6为实施例1中获得的β-氧化镓纳米线阵列薄膜的TEM照片和SAED图片。从附图6中可以看出，实施例1中得到的β-氧化镓纳米线阵列薄膜中的β-氧化镓纳米线沿[110]晶向生长。
为了对利用所述方法制备的所述氧化镓日盲紫外探测器的各项光电性能有进一步的了解，对实施例2中制备获得的氧化镓日盲紫外探测器进行IV曲线测试、光谱响应曲线测试以及光开关曲线测试以测试所述氧化镓日盲紫外探测器的各项光电性能。
实施例2：
在本实施例中，所述氧化镓日盲紫外探测器的具体制备流程包括：
S401：将200mg金属镓加热溶化后涂到c面蓝宝石衬底上；
S402：将表面涂有融化的金属镓的c面蓝宝石衬底以5000rpm的转速旋转20s；
S403：将表面涂覆有金属镓的c面蓝宝石衬底在空气或者氧气条件下，以1000℃高温焙烧80min；
S404：冷却所述c面蓝宝石衬底以及焙烧所得产物，在所述c面蓝宝石衬底表面形成金属镓层以及位于所述金属镓层背离所述c面蓝宝石衬底一侧的β-氧化镓纳米线阵列薄膜；
S405：将步骤S404中的样品放入真空镀膜机中，在蒸镀气压为2×10-3Pa、蒸发电流为100A的条件下，将50mg金颗粒热蒸镀到所述β-氧化镓纳米线阵列薄膜表面；蒸镀过程中使用掩膜板，以使所述β-氧化镓纳米线阵列薄膜边缘不被金金属层覆盖；
S406：去除部分表面没有覆盖所述金金属层的β-氧化镓纳米线阵列薄膜，使部分所述金属镓层裸露，并使用导体分别引出所述金属镓层和金金属层分别作为第一探测电极和第二探测电极。
在通过上述制备流程获得所述氧化镓日盲紫外探测器后，对其进行IV曲线测试、光谱响应曲线测试以及光开关曲线测试。图7为所述氧化镓日盲紫外探测器的IV曲线，其横坐标为电压(V)，纵坐标为电流(A)；附图7中的曲线a代表所述氧化镓日盲紫外探测器在2mW/cm2的光照条件下的IV曲线，曲线b代表所述氧化镓日盲紫外探测器的暗电流曲线；通过对曲线a和b的分析可知，器件呈现明显的整流效应，且为垂直肖特基结构，金金属层和所述β-氧化镓纳米线阵列薄膜形成肖特基接触，所述金属镓层与所述β-氧化镓纳米线阵列薄膜形成良好的欧姆接触。进一步的所述氧化镓日盲紫外探测器的暗电流仅为10pA，小于现有技术中大部分垂直肖特基结构的氧化镓日盲紫外探测器的暗电流，因此利用所述方法制备的氧化镓日盲紫外探测器的噪声较小。
图8为氧化镓日盲紫外探测器的光谱响应曲线，其横坐标为波长(nm)，坐标表为响应度(mA/W)；附图8中的Solar Blind表示日盲区；Visible Blind表示可见盲区；Visible Light表示可见光区；从附图8中可以看出，在给所述氧化镓日盲紫外探测器施加-10V的偏压条件下，所述氧化镓日盲紫外探测器的响应峰值位于258nm，对应于β-氧化镓材料的禁带宽度。响应度为0.6mA/W，响应截止边位于270nm左右。并且更为重要的是，在不给所述氧化镓日盲紫外探测器施加偏压的条件下，所述氧化镓日盲紫外探测器仍然有相应，在这种情况下的响应度为0.01mA/W。这意味着所述氧化镓日盲紫外探测器在理论上存在着不需要外加电源即可工作的可能，如果将其应用于空间探测领域，可减少电源所占空间，降低将所述氧化镓日盲紫外探测器送往太空所需的燃料，具有较大的应用前景。
图9为所述氧化镓日盲紫外探测器的光开关曲线，其横坐标为时间(s)，纵坐标为电流(nA)。从附图9中可以看出所述氧化镓日盲紫外探测器在频繁的光开关条件下，其光响应重复性很好，并且具有很快的响应速度。
图10为所述氧化镓日盲紫外探测器的I-t曲线，其横坐标为时间(μs)，纵坐标为归一化电流(a.u.)；从附图10中可以看出所述氧化镓日盲紫外探测器90-10％的响应下降时间为64μs，优于现有技术中的肖特基垂直结构的氧化镓日盲紫外探测器的响应速度。
相应的，本申请实施例还提供了一种氧化镓日盲紫外探测器，所述氧化镓日盲紫外探测器采用上述任一实施例所述的方法制备。
所述氧化镓日盲紫外探测器的结构如图11所示，包括：
衬底100；
位于所述衬底100表面的金属镓层200；
位于所述金属镓层200背离所述衬底100一侧的β-氧化镓纳米线阵列薄膜300；
位于所述β-氧化镓纳米线阵列薄膜300背离所述金属镓层200一侧的金属层400。
所述金属镓层200和金属层400通过导体引出，作为所述氧化镓日盲紫外探测器的第一探测电极和第二探测电极。
其中，所述β-氧化镓纳米线阵列薄膜包括：
位于金属镓层表面的β-氧化镓薄膜；
位于所述β-氧化镓薄膜背离所述金属镓层表面一侧的有序的β-氧化镓纳米线阵列。
综上所述，本申请实施例提供了一种氧化镓日盲紫外探测器及其制备方法，其中，利用所述方法制备的氧化镓日盲紫外探测器以β-氧化镓纳米线阵列薄膜替代β-氧化镓单晶层，整个制备过程中不需要加入掺杂试剂、表面活性剂、酸碱试剂和添加剂；并且在形成所述β-氧化镓纳米线阵列薄膜的同时形成了与其形成良好欧姆接触的金属镓层。不仅解决了制备β-氧化镓单晶层的制备工艺复杂且所需成本较高的问题，而且解决了难以与高电阻的β-氧化镓材料层形成欧姆接触的问题，进一步降低了所述氧化镓日盲紫外探测器的制备工艺难度。
进一步的，发明人通过对所述β-氧化镓纳米线阵列薄膜进行光学结构表征分析发现，所述β-氧化镓纳米线阵列薄膜中的β-氧化镓纳米线长度均一且有序排列，大大提高了所述氧化镓日盲紫外探测器的响应时间。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种氧化镓日盲紫外探测器的制备方法，其特征在于，包括：
将融化的金属镓旋涂于衬底表面；
将表面涂覆有金属镓的衬底在预设温度条件焙烧第一预设时间，所述预设温度的取值范围为800-1100℃，包括端点值，所述第一预设时间的取值范围为10-200min，包括端点值；
冷却所述衬底以及焙烧所得产物，在所述衬底表面形成金属镓层，以及位于所述金属镓层背离所述衬底一侧的β-氧化镓纳米线阵列薄膜；
在所述β-氧化镓纳米线阵列薄膜背离所述金属镓层一侧表面形成金属层；
引出所述金属层以及所述金属镓层分别作为第一探测电极和第二探测电极。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将融化的金属镓旋涂于衬底表面包括：
将预设质量的金属镓加热融化；
将融化的金属镓涂于衬底表面；
将表面涂有融化的金属镓的衬底以预设转速旋转第二预设时间，所述第二预设时间的取值范围为1-100s，包括端点值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预设质量的取值范围为200-500mg，包括端点值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述β-氧化镓纳米线阵列薄膜背离所述金属镓层一侧表面形成金属层包括：
利用掩膜板覆盖所述β-氧化镓纳米线阵列薄膜背离所述金属镓层一侧表面；
利用热蒸镀法在所述覆盖有掩膜板的β-氧化镓纳米线阵列薄膜表面蒸镀一层金金属层；
取下掩膜板。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，引出所述金属层以及所述金属镓层分别作为第一探测电极和第二探测电极包括：
去除部分表面没有覆盖所述金金属层的β-氧化镓纳米线阵列薄膜，使部分所述金属镓层裸露；
利用导体引出所述金属镓层作为第一探测电极；
利用导体引出所述金金属层作为第二探测电极。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述β-氧化镓纳米线阵列薄膜包括
位于金属镓层表面的β-氧化镓薄膜；
位于所述β-氧化镓薄膜背离所述金属镓层表面一侧的有序的β-氧化镓纳米线阵列。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属镓层的厚度的取值范围为0.1-20μm，包括端点值。
8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，所述衬底为c面蓝宝石衬底或a面蓝宝石衬底或r面蓝宝石衬底。
9.一种氧化镓日盲紫外探测器，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的方法制备。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106409963A (zh) * 2016-09-21 2017-02-15 浙江理工大学 一种Zn:Ga2O3薄膜基MSM结构日盲紫外光电探测器及其制备方法
CN108735826A (zh) * 2018-05-30 2018-11-02 陈谦 一种玻璃纤维基柔性氧化镓纳米阵列日盲紫外探测器及其制备方法
CN109920875A (zh) * 2017-12-12 2019-06-21 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 日盲紫外探测器、其制作方法与应用
CN110323303A (zh) * 2019-07-09 2019-10-11 北京镓族科技有限公司 一种Ga2O3-CuSCN核壳异质结日盲紫外探测器及其制备方法
WO2021134782A1 (zh) * 2020-01-03 2021-07-08 南京大学 一种钠界面的制备方法及钠的光学结构器件的制备方法
CN115108580A (zh) * 2022-05-11 2022-09-27 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 氧化镓微米线制备方法、日盲紫外探测器及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101135659A (zh) * 2006-09-01 2008-03-05 湖南大学 β－Ga2O3纳米线及其气体传感器的制备和实现快速响应的气体传感方法
US20130017145A1 (en) * 2011-07-14 2013-01-17 Mahendra Kumar Sunkara Methods for synthesizing metal oxide nanowires
CN103489967A (zh) * 2013-09-05 2014-01-01 大连理工大学 一种氧化镓外延膜的制备方法及氧化镓外延膜

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101135659A (zh) * 2006-09-01 2008-03-05 湖南大学 β－Ga2O3纳米线及其气体传感器的制备和实现快速响应的气体传感方法
US20130017145A1 (en) * 2011-07-14 2013-01-17 Mahendra Kumar Sunkara Methods for synthesizing metal oxide nanowires
CN103489967A (zh) * 2013-09-05 2014-01-01 大连理工大学 一种氧化镓外延膜的制备方法及氧化镓外延膜

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
XING CHEN 等: ""A Self-Powered Solar-Blind Photodetector with Fast Response Based on Au/β-Ga2O3 Nanowires Array Film Schottky Junction", 《APPLIED MATERIALS & INTERFACES》 *
冯喜宁等: "基于氧化镓纳米线的日盲紫外探测器件的制备与性能", 《西南大学学报（自然科学版）》 *
刘瑞妮等: "单晶β-Ga2O3 纳米线的原位生长及其", 《陕西师范大学学报(自然科学版)》 *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106409963A (zh) * 2016-09-21 2017-02-15 浙江理工大学 一种Zn:Ga2O3薄膜基MSM结构日盲紫外光电探测器及其制备方法
CN109920875A (zh) * 2017-12-12 2019-06-21 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 日盲紫外探测器、其制作方法与应用
CN109920875B (zh) * 2017-12-12 2021-12-17 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 日盲紫外探测器、其制作方法与应用
CN108735826A (zh) * 2018-05-30 2018-11-02 陈谦 一种玻璃纤维基柔性氧化镓纳米阵列日盲紫外探测器及其制备方法
CN108735826B (zh) * 2018-05-30 2021-11-05 陈谦 一种玻璃纤维基柔性氧化镓纳米阵列日盲紫外探测器及其制备方法
CN110323303A (zh) * 2019-07-09 2019-10-11 北京镓族科技有限公司 一种Ga2O3-CuSCN核壳异质结日盲紫外探测器及其制备方法
CN110323303B (zh) * 2019-07-09 2021-05-11 北京镓族科技有限公司 一种Ga2O3-CuSCN核壳异质结日盲紫外探测器及其制备方法
WO2021134782A1 (zh) * 2020-01-03 2021-07-08 南京大学 一种钠界面的制备方法及钠的光学结构器件的制备方法
US11761093B2 (en) 2020-01-03 2023-09-19 Nanjing University Method for preparing sodium interface and method for preparing sodium-based optical structure device
CN115108580A (zh) * 2022-05-11 2022-09-27 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 氧化镓微米线制备方法、日盲紫外探测器及其制备方法
CN115108580B (zh) * 2022-05-11 2024-03-05 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 氧化镓微米线制备方法、日盲紫外探测器及其制备方法

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