CN107706253A - 一种紫外探测器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种日盲型紫外探测器及其制备方法，由石英衬底、氧化镓外延层和Au电极组成；所述石英衬底的厚度为3mm‑7mm，所述氧化镓外延层生长于所述石英衬底上，厚度为250‑350nm，所述Au电极的形状为圆形，厚度为40‑60nm，直径为80‑100nm。本发明实施例提出一种基于氧化镓薄膜的紫外探测器，采用化学气相沉积法在石英衬底上制备氧化镓外延层，采用磁控溅射法在氧化镓外延层上制备电极，解决了现有技术中氧化锌、氮化镓以及碳化硅等材料不能应用于制备紫外探测器的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及紫外探测器制备领域，尤其涉及一种日盲型紫外探测器及其制备方法。
背景技术
自太阳的紫外辐射在通过大气层时，由于大气层中的臭氧层对200～280nm紫外辐射具有强烈的吸收作用，这一波段紫外辐射在近地大气中几乎不存在，因而，该波段的紫外辐射又被称为日盲紫外。由于没有来自太阳的背景辐射干扰，日盲型紫外探测显示出背景噪声小、可全天候工作等诸多优点，可广泛应用于导弹预警、火焰探测、电晕探测以及医疗等领域，具有极高的军事和民用价值，因此人们对紫外波段的探测需要越来越多。
目前，常见的氧化锌、氮化镓以及碳化硅等材料制备的探测器，由于激子结合能一般低于50，对应的带隙宽度一般大于280nm，因此很慢满足紫外探测的需要
而氧化镓在室温下带隙宽度为4.9～5.0eV，激子结合能高达60meV，由于其带隙宽度对应的波长为250-260nm，正好位于日盲区，是一种可用作日盲型紫外探测的理想材料，因此由氧化镓制备成的探测器可以很好第应用于紫外探测器领域。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提出一种基于氧化镓薄膜的紫外探测器，采用化学气相沉积法在石英衬底上制备氧化镓外延层，采用磁控溅射法在氧化镓外延层上制备电极，解决了现有技术中氧化锌、氮化镓以及碳化硅等材料不能应用于制备紫外探测器的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种日盲型紫外探测器，包括石英衬底、氧化镓外延层和Au电极；
所述石英衬底的的厚度为3mm-7mm，所述氧化镓外延层生长于所述石英衬底上，厚度为250-350nm，所述Au电极的形状为圆形，厚度为40-60nm，直径为80-100nm。
所述氧化镓薄膜外延层的制备在化学气相沉积设备中进行，所述Au电极采用磁控溅射法生长于氧化镓外延层上。
第二方面，本发明实施例还提供了一种日盲型紫外探测器的制备方法，其特征在于，包括在所述石英衬底上制备氧化镓外延层和在所述氧化镓外延层上制备所述Au电极。
所述氧化镓外延层的制备方法包括如下步骤：
清洗石英衬底，并使用氮气吹干；
将所述石英衬底置于石英舟上，将所述石英舟置于所述化学气相沉积设备的反应室内合适位置处，关闭所述反应室阀门；
将氧化镓粉末置于所述石英舟与所述化学气相沉积设备的反应室进气端口之间，并距离石英舟8-12cm处；
打开气路，使惰性气体和氧气的混合气体持续通入所述反应室；
设置所述化学气相沉积设备的反应室内加热温度和加热时长，完成所述氧化镓薄膜的制备。
所述制备氧化镓外延层的方法包括清洗所述石英衬底，包括将所述石英衬底置于甲苯溶液中，并用超声波清洗15分钟，用去离子水将所述石英衬底冲洗干净，再将所述石英衬底置于酒精溶液中，并用超声波清洗15分钟，再用所述去离子水将所述石英衬底冲洗干净。
在氧化镓外延层的制备过程中，所述化学气相沉积设备的反应室保持常压，所述氧化镓粉末的纯度为99％。
所述惰性气体可以是氦气、氩气、氖气，或其混合气体；所述惰性气体和氧气的纯度均不低于99％；所述惰性气体和所述氧气在进入所述化学气相沉积设备反应室前就已经完成混合。
所述石英衬底的工作温度为500-1000℃，所述加热时长为0.5-2.0小时。
所述Au电极的制备包括，在所述石英衬底上制备完成所述氧化镓外延层以后，将掩膜版置于所述氧化镓外延层上，将带有所述氧化镓外延层和所述掩膜版的所述石英衬底置于磁控溅射设备中。
以纯度为99.99％的Au靶做靶源，在惰性气体环境中，溅射30-50分钟。
本发明通过选择在石英衬底上制备氧化镓外延层，并镀以Au电极，制备成了紫外探测器，能够应用于波长为200nm-280nm范围内的紫外光的探测，并且达到植被简单、探测背景噪声小和可全天候工作等优点。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明实施例一的日盲型紫外探测器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
实施例一
图1是本发明实施例一提供的日盲型紫外探测器，本实施例可用于在探测波长范围为200nm-280nm的日盲型探测器，也可以应用于包括该波段的探测范围更大的探测器。
从图1可以看出，紫外探测器结构具体包括Au电极11、氧化镓外延层12和石英衬底13；其中Au电极11包括左侧的电极一和右侧的电极二，位于氧化镓外延层12的边缘部分，氧化镓外延层12位于石英衬底13上。
石英衬底的厚度为3mm-7mm，氧化镓外延层生长于石英衬底上，厚度为250-350nm，Au电极的形状为圆形，厚度为40-60nm，直径为80-100nm。
所述氧化镓薄膜外延层的制备在化学气相沉积设备中进行，所述Au电极采用磁控溅射法生长于氧化镓外延层上。
需要说明的是，探测器的目的是为了使光从其中穿过，由光子变化引起探测器内部的电流信号发生一定的变化，因此，石英衬底13的厚度不应太大，但如果石英衬底太薄，则所制备的氧化镓薄膜容易破损，不利于实际应用和保存，因此本发明采用是石英衬底的厚度为5mm，这也是目前市面常用的一种石英。
进一步地，对于氧化镓外延层12，只有生长到一定的厚度，才容易显现出结晶性，一般来说，当氧化镓薄膜的结晶性较高时，其光学透过率往往也较高。现有技术表明，各种衬底及各种方法制备的氧化镓薄膜，当其厚度低于50nm时，几乎都是无定形的；并且，为了使光子与氧化镓外延层12充分作用以便于探测器探测到该紫外信号，需要氧化镓外延层具有一定的厚度。但如果氧化镓外延层12的厚度过大，光在外延层中通过的路程较大，也会造成一定的光能量损失，导致光子数量损失，因此氧化镓外延层不能够太厚。因此本发明选择氧化镓薄膜的厚度为250-350nm。
优选地，采用Au作为电极材料；电极的作用传输氧化镓外延层12与光子作用的信号，由于该信号较弱，需要用导电性良好的材料Au做电极，此外也可以选择Ag或Cu等材料做电极。
本发明实施例一提供的基于石英衬底的氧化镓薄膜，通过选择石英做衬底材料，既可以满足高温制备氧化镓薄膜的需求，同时保证所制备的氧化镓薄膜具有较高的光学透过率。
实施例二
本发明实施例二提供一种日盲型紫外探测器的制备方法，本实施例可用于在探测波长范围为200nm-280nm的日盲型探测器上，也可以应用于包括该波段的更大范围的探测器。
日盲型紫外探测器的制备过程包括在石英衬底上制备氧化镓外延层和在氧化镓外延层上制备Au电极。
本实施例采用化学气相沉积的原理制备氧化镓外延层，方法主要包括如下步骤：
清洗石英衬底，并使用氮气吹干；将所述石英衬底置于石英舟上，将所述石英舟置于所述化学气相沉积设备的反应室内合适位置处，关闭所述反应室阀门；将氧化镓粉末置于所述石英舟与所述化学气相沉积设备的反应室进气端口之间，并距离石英舟8-12cm处；打开气路，使惰性气体和氧气的混合气体持续通入所述反应室；设置所述化学气相沉积设备的反应室内加热温度和加热时长，完成所述氧化镓薄膜的制备。
进一步地，所述氧化镓薄膜的合适位置，一般是指加热区域附近，对于本领域的技术人员来说，可以根据具体的制备需求将其置于加热区域的附近位置。
进一步地，所述清洗石英衬底，包括将石英衬底置于甲苯溶液中，并用超声波清洗15分钟，用去离子水将石英衬底冲洗干净，再将石英衬底置于酒精溶液中，并用超声波清洗15分钟，再用去离子水将石英衬底冲洗干净。
可选地，在氧化镓薄膜的制备过程中，化学气相沉积设备的反应室保持常压。优选地，氧化镓粉末的纯度为99％，惰性气体和氧气的纯度均不低于99％。
可选地，所述惰性气体可以是氦气、氩气、氖气，或其混合气体。
进一步地，惰性气体和氧气在进入所述化学气相沉积设备反应室前就已经完成混合。
可选地，根据不同型号的设备，衬底的工作温度为500-1000℃，加热时长为0.5-2.0小时。
Au电极的制备包括，在石英衬底上制备完成氧化镓外延层以后，将掩膜版置于氧化镓外延层上，将带有氧化镓外延层和掩膜版的石英衬底置于磁控溅射设备中。
以纯度为99.99％的Au做靶源，溅射过程在惰性气体环境中，溅射30-50分钟。
本发明实施例二提供的一种日盲型紫外探测器的制备方法，通过采用化学气相沉积的方法，在石英衬底上制备出了氧化镓外延层，并用磁控溅射法在氧化镓外延层上制备出了Au电极，得到了对紫外波段光纤敏感的氧化镓探测器，可用于紫外波段的光探测等。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种日盲型紫外探测器，其特征在于，包括石英衬底、氧化镓外延层和Au电极；
所述石英衬底的的厚度为3mm-7mm，所述氧化镓外延层生长于所述石英衬底上，厚度为250-350nm，所述Au电极的形状为圆形，厚度为40-60nm，直径为80-100nm。
2.根据权利要求1所述的日盲型紫外探测器，其特征在于，所述氧化镓薄膜外延层的制备在化学气相沉积设备中进行，所述Au电极采用磁控溅射法生长于氧化镓外延层上。
3.根据权利要求1所述的日盲型紫外探测器的制备方法，其特征在于，包括在所述石英衬底上制备所述氧化镓外延层和在所述氧化镓外延层上制备所述Au电极。
4.根据权利要求3所述的日盲型紫外探测器的制备方法，其特征在于，所述氧化镓外延层的制备包括如下步骤：
清洗石英衬底，并使用氮气吹干；
将所述石英衬底置于石英舟上，将所述石英舟置于所述化学气相沉积设备的反应室内合适位置处，关闭所述反应室阀门；
将氧化镓粉末置于所述石英舟与所述化学气相沉积设备的反应室进气端口之间，并距离石英舟8-12cm处；
打开气路，使惰性气体和氧气的混合气体持续通入所述反应室；
设置所述化学气相沉积设备的反应室内加热温度和加热时长，完成所述氧化镓薄膜的制备。
5.根据权利要求3所述的日盲型紫外探测器的制备方法，其特征在于，所述制备氧化镓外延层的方法包括清洗所述石英衬底，将所述石英衬底置于甲苯溶液中，并用超声波清洗15分钟，用去离子水将所述石英衬底冲洗干净，再将所述石英衬底置于酒精溶液中，并用超声波清洗15分钟，再用所述去离子水将所述石英衬底冲洗干净。
6.根据权利要求3所述的日盲型紫外探测器的制备方法，其特征在于，在氧化镓外延层的制备过程中，所述化学气相沉积设备的反应室保持常压；所述氧化镓粉末的纯度为99％。
7.根据权利要求3所述的日盲型紫外探测器的制备方法，其特征在于，所述惰性气体可以是氦气、氩气、氖气，或其混合气体；所述惰性气体和氧气的纯度均不低于99％；所述惰性气体和所述氧气在进入所述化学气相沉积设备反应室前就已经完成混合。
8.根据权利要求3所述的日盲型紫外探测器的制备方法，其特征在于，所述石英衬底的工作温度为500-1000℃，所述加热时长为0.5-2.0小时。
9.根据权利要求3所述的日盲型紫外探测器的制备方法，其特征在于，所述Au电极的制备包括，在所述石英衬底上制备完成所述氧化镓外延层以后，将掩膜版置于所述氧化镓外延层上，将带有所述氧化镓外延层和所述掩膜版的所述石英衬底置于磁控溅射设备中。
10.根据权利要求9所述的日盲型紫外探测器的制备方法，以纯度为99.99％的Au做靶源，溅射过程在惰性气体环境中，溅射30-50分钟。
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