CN108281509B - 氧化物半导体基光电探测器及提高其性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种提高氧化物半导体基光电探测器性能的方法及所得到的氧化物半导体基光电探测器，该方法对基片上的有源层材料表面进行氟元素掺杂，从而填充制备有源层材料过程中产生的氧空位，然后制作电极形成光电探测器，氟元素掺杂使得光电探测器的探测率提高、恢复时间缩短，有源层材料为氧化物半导体；本发明对氧化物半导体薄膜的表面进行氟元素掺杂来填充氧空位，即电极/半导体之间的界面缺陷，进而改善氧化物半导体基光电探测器性能；氟相较于氧具有更大的电负性，能与镓结合形成更为稳定的化学键，即镓‑氟键，因此能更加有效地对氧空位进行填充；氟表面掺杂不会影响到材料内部的晶格结构，且掺杂剂量可控、工艺简单、降低工艺兼容性。
Description
技术领域
本发明属于电子信息材料与元器件领域，具体涉及一种通过氟表面掺杂改善氧化物半导体基光电探测器性能的方法及得到的光电探测器，可用于光电探测领域。
背景技术
近年来，光电探测技术受到了越来越多的关注，应用广泛，其主要包括了红外探测技术、紫外探测技术以及激光探测技术等。其中，红外探测技术可用于制备红外夜视仪和热像仪，用作远距离侦查、监视、跟踪和探测伪装等；紫外探测技术可用于燃烧过程检测、紫外泄漏检查、火灾防范以及导弹来袭预警等；激光探测技术可用于激光测距、激光雷达、激光目标指示等。
光电探测器通常可分为光电倍增管、电荷耦合器件及固态光电探测器几大类。其中，光电倍增管是利用光子激发光阴极来产生光电子，并通过外电极收集光电子以获得电信号，其通常具有较高的灵敏度。然而，光电倍增管的功耗较高，且体积庞大，容易破损，使用起来极为不便。电荷耦合器件具有光谱响应范围宽、检出限低、动态范围宽、读出噪声低等优点。但是，电荷耦合器件的响应与波长无关，难以针对特定波长进行探测。固态光电探测器的有源区采用半导体材料，当入射光源发射的光子能量hν大于半导体材料的禁带宽度Eg时，光子能量被吸收，并产生电子-空穴对，从而使材料内部的载流子浓度升高，进而提高其导电能力。固态光电探测器具有体积小、功耗低的优势，且具有较高的波长分辨率、较宽的波长响应线性范围以及较短的响应时间，逐渐发展成为主流的光电探测手段。针对紫外探测，固态光电探测器多基于宽禁带半导体材料，其中氧化物薄膜是常见材料之一，它包括氧化锌(ZnO)、氧化铟(In2O3)、氧化锡(SnO2)、氧化镓(αβγδε-Ga2O3)等。ZnO、In2O3和SnO2禁带宽度分别大约为3.37eV、3.6eV和3.6eV，可用于近紫外探测；Ga2O3的禁带宽度约为4.9eV，对可见光、近紫外和中紫外波段具有较高的透射率，多应用于日盲紫外探测。
氧空位是氧化物半导体材料中常见的一种缺陷，能显著影响固态光电探测器的性能，主要表现为：1、氧空位通常部分地位于氧化物半导体的浅施主能级，能给出电子，进而提高材料的载流子浓度以及导电能力，这使得探测器的暗电流(背景噪声)增加；2、电极/半导体界面处的氧空位缺陷还有助于诱发“陷阱辅助隧穿效应”，进一步的增加探测器的暗电流以及背景噪声；3、氧空位相关界面缺陷的存在，还会导致光生载流子的捕获和复合，从而减少有效的光生载流子数量，降低光电流；4、氧空位相关界面陷阱的存在还容易导致持续光电导效应，使探测器恢复时间变长。
研究者们尝试过多种方法来减少氧化物半导体中的氧空位数量，其中最常采用的是在氧气氛下高温退火。但是，高温退火会对薄膜材料的结晶质量产生不可控的影响，进而影响器件性能，而且高温工艺还会增加器件制备的难度和成本，降低工艺兼容性。
发明内容
为解决氧空位带来的电极/氧化物半导体界面缺陷的存在使得所制备的光电探测器性能恶化的问题，本发明提出一种提高氧化物半导体基光电探测器性能的方法及该方法制备得到的氧化物半导体基光电探测器。
为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：
一种提高氧化物半导体基光电探测器性能的方法，该方法对基片上的有源层材料表面进行氟元素掺杂，从而填充在制备有源层材料的过程中产生的氧空位，然后制作电极形成光电探测器，氟元素掺杂使得光电探测器的探测率提高以及恢复时间缩短，其中有源层材料为氧化物半导体。
作为优选方式，氟元素掺杂方法为等离子体处理、离子注入、喷雾热解法、溶胶-凝胶法其中的一种。
作为优选方式，氟元素掺杂方法采用等离子体处理，前驱体选自CF4、CHF3、C3F8、C4F8其中的至少一种。
作为优选方式，基片为蓝宝石、硅、玻璃、聚酰亚胺、碳化硅、氧化镓、氮化镓、镓酸锂、铝酸锂、氮化铟、砷化镓、氧化镁、MgAl2O4其中的一种。
作为优选方式，氧化物半导体材料是薄膜、单晶块体、纳米带、纳米线其中的一种。
作为优选方式，氧化物半导体材料是Ga2O3、ZnO、SnO2、In2O3、InGaZnO、MgZnO其中的一种。
作为优选方式，电极层为图形化电极。
作为优选方式，电极由单层或多层导电材料组成，材料选自Ti、Ni、Al、Ag、Au、Cu、Pt、石墨烯、导电氧化物薄膜材料。
作为优选方式，所述方法进一步包括以下步骤：
步骤1、衬底的表面处理：将蓝宝石衬底分别在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗1-10min，然后用氮气吹干，并采用热板在80-150℃温度下烘烤5-15min以去除基片表面的水汽，保证蓝宝石衬底表面清洁、干燥；
步骤2、β-Ga2O3薄膜的制备：采用分子束外延法在步骤1清洗干净的蓝石衬底上外延生长厚度约为50-150nm的β-Ga2O3薄膜，生长条件为：背底真空度为1.5×10-5Torr，生长温度为720-780℃，Ga源温度为920-960℃，射频电源输入功率为300W，射频电源反射功率为6W，通入氧气的流量为1-3sccm；
步骤3、氟元素掺杂：采用等离子体处理方法将步骤2中外延生长的β-Ga2O3薄膜进行氟元素掺杂，氟等离子体处理条件为：通入CF4的流量为80sccm，通入O2的流量为8sccm，射频电源的有效功率为30W，在以上条件不变的情况下，将β-Ga2O3薄膜进行氟等离子体处理，处理时间为：1min-20min，优选15min；
步骤4、光刻过程：1、涂胶，将AZ5214反转光刻胶以3000r/min的转速均匀涂覆在步骤3中薄膜上；2、前烘，涂覆后的光刻胶在100℃下烘焙60s；3、第一次曝光，将设计好的光刻板覆盖在光刻胶上，曝光时间为0.3s-2.0s；4、后烘，曝光后的光刻胶在120℃下烘焙90s；5、泛曝，无光刻板，曝光时间为45s；6、显影，将泛曝后的样品放入显影液中，显影时间为30s；7、检查，检查叉指宽度、叉指间距是否满足设定的尺寸；
步骤5、金属电极的沉积：利用电子束蒸发法蒸镀金属Ti，厚度10-20nm，蒸发速率保持在0.1nm/s；然后在Ti层上再蒸镀金属Al，厚度100-200nm，蒸发速率保持在2nm/s，沉积完金属后，将样品依次放入丙酮、无水乙醇、去离子水中，去除光刻胶及多余的Ti、Al，从而得到图形化电极层；
步骤6、快速退火：将步骤5得到的样品在氮气保护气体下，以50℃/s的升温速率由室温升至400℃，退火5min，改善金属与半导体的接触，最终得到基于表面氟掺杂的β-Ga2O3薄膜金属-半导体-金属探测器。
为实现上述发明目的，本发明还提供一种使用上述方法制备得到的氧化物半导体基光电探测器。
本发明的有益效果为：本发明在生长电极之前，首先对氧化物半导体薄膜的表面进行氟元素掺杂，来填充氧空位，即电极/半导体之间的界面缺陷，进而达到降低氧化物半导体基光电探测器的自身背景噪声，提高其光电流、光响应度以及探测率，缩短其恢复时间的目的；其中，氟相较于氧具有更大的电负性，能与镓结合形成更为稳定的化学键，即镓-氟键，因此能更加有效地对氧空位进行填充。同时，氟表面掺杂不会影响到材料内部的晶格结构，且掺杂剂量可控、工艺简单。
附图说明
图1为本发明的氧化物半导体基光电探测器的立体示意图；
图2为本发明的氧化物半导体基光电探测器的剖面图；
图3为本发明的氧化物半导体基光电探测器的制备工艺流程图；a为有源层材料生长过程，b为有源层表面氟掺杂处理过程，c为制备图形化电极过程；
图4为本发明的氧化物半导体基光电探测器所采用的叉指电极的结构示意图；
图5为不同时长氟等离子体处理后的β-Ga2O3薄膜的表面XPS测试分析结果，其中，(a)为β-Ga2O3薄膜表面的氟元素1s峰的XPS扫描谱；(b)为β-Ga2O3薄膜表面的氧元素1s峰的XPS扫描谱及分峰分析结果；(c)为β-Ga2O3薄膜表面的镓元素2p3/2峰的XPS扫描谱及分峰分析结果；(d)为β-Ga2O3薄膜表面的镓元素3d峰的XPS扫描谱及分峰分析结果；
图6为15min氟等离子体处理后的β-Ga2O3薄膜不同深度的氧元素1s峰的XPS测试分析结果。
图7为本发明提供的β-Ga2O3薄膜光电探测器在无紫外光照下的电流-电压曲线，其中，(a)为无紫外光照下的器件电流-电压曲线图；(b)为波长254nm紫外光照下的器件电流-电压曲线图。
图8为不同时长氟化处理对β-Ga2O3薄膜光电探测器的瞬态响应特性的影响。
其中，1为第一电极，2为第二电极，3为有源层，4为基片，5为图形化电极，6为第二层电极，7为第一层电极。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
实施例1
一种提高氧化物半导体基光电探测器性能的方法，该方法对基片4上的有源层3材料表面进行氟元素掺杂，从而填充在制备有源层材料的过程中产生的氧空位，然后制作电极形成光电探测器，氟元素掺杂使得光电探测器的探测率提高以及恢复时间缩短，其中有源层材料为氧化物半导体。
氟元素掺杂方法为等离子体处理、离子注入、喷雾热解法、溶胶-凝胶法其中的一种。
氟元素掺杂方法采用等离子体处理，前驱体选自CF4、CHF3、C3F8、C4F8其中的至少一种。
基片为蓝宝石、硅、玻璃、聚酰亚胺、碳化硅、氧化镓、氮化镓、镓酸锂、铝酸锂、氮化铟、砷化镓、氧化镁、MgAl2O4其中的一种。
氧化物半导体材料是薄膜、单晶块体、纳米带、纳米线其中的一种。
氧化物半导体材料是Ga2O3、ZnO、SnO2、In2O3、InGaZnO、MgZnO其中的一种。
电极层为图形化电极。
电极由单层或多层导电材料组成，材料选自Ti、Ni、Al、Ag、Au、Cu、Pt、石墨烯、导电氧化物薄膜材料。
图2为本发明的一种氧化物半导体基光电探测器的剖面图；其中，5为图形化电极，6为第二层电极；7为第一层电极。
实施例2
一种提高氧化物半导体基光电探测器性能的方法，包括以下步骤：
步骤1、衬底的表面处理：将将尺寸为5mm×10mm、厚度为0.5mm的蓝宝石衬底分别在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗1min，然后用氮气吹干，并采用热板在80℃温度下烘烤5min以去除基片表面的水汽，保证蓝宝石衬底表面清洁、干燥；
步骤2、β-Ga2O3薄膜的制备：采用分子束外延法在步骤1清洗干净的蓝石衬底上外延生长厚度约为50nm的β-Ga2O3薄膜，生长条件为：背底真空度为1.5×10-5Torr，生长温度为720℃，Ga源温度为920℃，射频电源输入功率为300W，射频电源反射功率为6W，通入氧气的流量为1sccm；
步骤3、氟元素掺杂：采用等离子体处理方法将步骤2中外延生长的β-Ga2O3薄膜进行氟元素掺杂，氟等离子体处理条件为：通入CF4的流量为80sccm，通入O2的流量为8sccm，射频电源的有效功率为30W，将β-Ga2O3薄膜进行氟等离子体处理，处理时间为：1min；
步骤4、光刻过程：1、涂胶，将AZ5214反转光刻胶以3000r/min的转速均匀涂覆在步骤3中薄膜上；2、前烘，涂覆后的光刻胶在100℃下烘焙60s；3、第一次曝光，将设计好的光刻板覆盖在光刻胶上，曝光时间为0.3s-2.0s；4、后烘，曝光后的光刻胶在120℃下烘焙90s；5、泛曝，无光刻板，曝光时间为45s；6、显影，将泛曝后的样品放入显影液中，显影时间为30s；7、检查，检查叉指宽度、叉指间距是否满足设定的尺寸；
步骤5、金属电极的沉积：利用电子束蒸发法蒸镀金属Ti，厚度10nm，蒸发速率保持在0.1nm/s；然后在Ti层上再蒸镀金属Al，厚度100nm，蒸发速率保持在2nm/s，沉积完金属后，将样品依次放入丙酮、无水乙醇、去离子水中，去除光刻胶及多余的Ti、Al，从而得到图形化电极层；
步骤6、快速退火：将步骤5得到的样品在氮气保护气体下，以50℃/s的升温速率由室温升至400℃，退火5min，改善金属与半导体的接触，最终得到基于表面氟掺杂的β-Ga2O3薄膜金属-半导体-金属探测器。
实施例3
一种提高氧化物半导体基光电探测器性能的方法，包括以下步骤：
步骤1、衬底的表面处理：将将尺寸为5mm×10mm、厚度为0.5mm的蓝宝石衬底分别在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗5min，然后用氮气吹干，并采用热板在150℃温度下烘烤10min以去除基片表面的水汽，保证蓝宝石衬底表面清洁、干燥；
步骤2、β-Ga2O3薄膜的制备：采用分子束外延法在步骤1清洗干净的蓝石衬底上外延生长厚度约为100nm的β-Ga2O3薄膜，生长条件为：背底真空度为1.5×10-5Torr，生长温度为760℃，Ga源温度为940℃，射频电源输入功率为300W，射频电源反射功率为6W，通入氧气的流量为2sccm；
步骤3、氟元素掺杂：采用等离子体处理方法将步骤2中外延生长的β-Ga2O3薄膜进行氟元素掺杂，氟等离子体处理条件为：通入CF4的流量为80sccm，通入O2的流量为8sccm，射频电源的有效功率为30W，在以上条件不变的情况下，将四组β-Ga2O3薄膜进行不同时间的氟等离子体处理，处理时间分别为：0min(未处理)、5min、10min、15min；
步骤4、光刻过程：1、涂胶，将AZ5214反转光刻胶以3000r/min的转速均匀涂覆在步骤3中薄膜上；2、前烘，涂覆后的光刻胶在100℃下烘焙60s；3、第一次曝光，将设计好的光刻板覆盖在光刻胶上，曝光时间为0.3s-2.0s；4、后烘，曝光后的光刻胶在120℃下烘焙90s；5、泛曝，无光刻板，曝光时间为45s；6、显影，将泛曝后的样品放入显影液中，显影时间为30s；7、检查，检查叉指宽度、叉指间距是否满足设定的尺寸；
步骤5、金属电极的沉积：利用电子束蒸发法蒸镀金属Ti，厚度20nm，蒸发速率保持在0.1nm/s；然后在Ti层上再蒸镀金属Al，厚度100nm，蒸发速率保持在2nm/s，沉积完金属后，将样品依次放入丙酮、无水乙醇、去离子水中，去除光刻胶及多余的Ti、Al，从而得到图形化电极层；
步骤6、快速退火：将步骤5得到的样品在氮气保护气体下，以50℃/s的升温速率由室温升至400℃，退火5min，改善金属与半导体的接触，最终得到基于表面氟掺杂的β-Ga2O3薄膜金属-半导体-金属探测器。
本实施例采用氟等离子体处理的方法减少β-Ga2O3薄膜表面的氧空位，通过XPS测试分析了不同时长氟化处理后的β-Ga2O3薄膜表面氧空位含量变化情况以及15min氟化处理后的β-Ga2O3薄膜不同深度氧空位含量变化情况。图5为经过不同时长氟化处理后β-Ga2O3薄膜表面的氟元素、氧元素与镓元素XPS测试结果。图5(a)是氟元素1s峰的XPS扫描谱，从图中可以看到利用反应离子刻蚀设备产生氟等离子体来对β-Ga2O3薄膜进行表面处理的方法有效地将氟元素引入β-Ga2O3薄膜中。图5(b)是氧元素1s峰的XPS扫描谱及分峰分析结果。根据相关报道，氧化镓化合物中的氧元素1s峰可以分成OⅠ(～530.6eV)、OⅡ(～531.2eV)与OⅢ(～532.1eV)三个峰，分别对应氧离子的与镓离子完全成键、有氧空位存在以及表面吸附氧(-OH等，非化合物内部键能)三种状态。由图5(b)中可以清晰地看到，随着氟等离子体处理时间的增长，样品中的氧空位逐渐减少，而镓氧键的比例逐渐增大，受此影响，氧1s峰的半高宽也逐渐变窄。图5(c)中，根据相关报道，镓氧化合物中的镓元素2p3/2峰被分成Ga1+(～1117.7eV)以及Ga3+(～1118.3eV)两个峰，分别对应镓元素的一价(有氧空位存在)以及三价(无氧空位存在)两种状态。由图5(c)中可以清晰地看到，随着氟化处理时间的增长，样品中的三价镓离子的占比逐步提高，一价镓离子的占比逐步降低，镓元素2p3/2峰的半高宽也随之变窄，峰的中心也同时发生了明显地逐渐偏向1118.3eV(即三价镓离子对应的结合能)的位移。作为佐证，在图5(d)中，氧化镓化合物中的镓元素3d峰分成Ga1+(～19.2eV)以及Ga3+(～20.2eV)两个峰，分别对应镓元素的一价(有氧空位存在)以及三价(无氧空位存在)两种状态。由图5(d)中的分析结果同样可以清晰地看到与图5(c)中镓2p3/2峰分析结果完全相同的现象，随着氟元素表面掺杂处理时间的增长，β-Ga2O3薄膜中的一价镓离子逐渐被氧化作用变成三价镓离子。这个结论与氧元素1s峰的分析结果是一致的，即经过氟化处理之后，β-Ga2O3薄膜表面氧空位被氟填充而逐渐减少。为了说明薄膜内部是否有氟掺杂，本实施例对15min氟化处理后的β-Ga2O3进行了不同深度的氧元素1s峰XPS测试分析，如图6所示，其中刻蚀时间越长，深度越深。表1为β-Ga2O3薄膜不同深度的镓氧键(OⅠ)及氧空位(OⅡ)在两者中的占比。由图6及表1中数据可知，随着测试深度加深，镓氧键的占比逐渐降低，而氧空位占比逐渐升高，薄膜在刻蚀10s及10s以上后，氧空位占比趋于稳定。相比之下，薄膜表面与刻蚀5s后的氧空位占比有所下降。由此说明，15min内的氟化处理仅在薄膜表面进行氟元素掺杂。
表1 15min氟化处理后β-Ga2O3薄膜不同深度的OⅠ及OⅡ在两者中的占比
本实施例制备的基于氟表面掺杂的β-Ga2O3薄膜光电探测器采用“通电压-测电流”工作模式，测试了未处理与氟化处理的β-Ga2O3薄膜光电探测器的电流-电压特性以及探测器在10V偏压下的瞬态响应特性。图7(a)为探测器无紫外光照时的电流-电压特性，图7(b)为探测器在254nm紫外光照时的电流-电压特性。由图7不难看出，在无紫外光照时，随着表面氟等离子体处理时间的延长，器件的暗电流逐步变小，在氟等离子体处理时间为15min中时，暗电流达到最小值6pA；在254nm，34μW/cm2紫外光照下，器件的光电流逐步变大，在氟等离子体处理时间为15min时，光电流达到最大值220nA。结合上图5、图6的XPS结果中氧空位变化分析，器件暗电流减小，光电流增大的原因归结于表面氟掺杂减少了薄膜表面的氧空位。在氧化物半导体中，氧空位是作为施主存在的，而氟元素的占据使半导体表面施主浓度降低，导致材料表面载流子浓度降低，从而导致了器件的暗电流下降，降低了探测器自身噪声。另外，在本实施例制备的β-Ga2O3薄膜金属-半导体-金属光电探测器中，金-半接触界面的势垒也会对探测器的I-V特性产生一定影响。在氟化处理的过程中，电极/半导体界面处的氧空位缺陷逐渐减少，“陷阱辅助隧穿效应”减弱，这也是器件暗电流下降的一个重要原因。光照时，界面缺陷容易捕获和复合光生载流子，当薄膜表面氧空位被氟填充时，氧空位相关的界面陷阱和复合中心的减少，从而增加有效的光生载流子数量，提高光电流。
光电探测器中，探测率(D*)计算公式如下，
其中R表示探测器的光响应强度，q表示电子电荷量，S表示探测器有效受光面积，Idark表示探测器暗电流。未处理的β-Ga2O3薄膜探测器的光响应强度R为6.6A/W，探测率D*为5.08×1013cm·Hz1/2/W，在经过15min氟化处理后，探测器的光响应强度R为19.1A/W，探测率达到了2.69×1014cm·Hz1/2/W，相比未经氟化处理的对比样器件，光响应强度R提升了3倍，探测率提升了5倍。
图8为不同时长氟化处理对β-Ga2O3薄膜光电探测器的瞬态响应特性的影响。由图中可以看到，随着氟化处理时间的延长，探测器的响应时间(最大光电流值的10％上升到10％所需的时间)变化不大，基本都是在2s左右，而恢复时间(最大光电流值的90％衰减到10％所需的时间)却出现了非常明显的缩短，由对比样探测器的2.7s逐步下降到15min氟化处理样品探测器的1.6s。当停止光照之后，半导体中的由光激发产生电子-空穴对会逐渐复合而消失，导致探测器电流不断下降。但是在复合过程中，氧空位等相关界面缺陷对光生载流子的捕获会导致“持续光电导效应”，从而使得探测器的恢复时间变长。在本实施例中，随着氟元素不断占据β-Ga2O3薄膜表面的氧空位，使界面缺陷减少，从而导致持续光电导效应减弱，提高了电子-空穴对的复合速率，使探测器的恢复时间缩短。
实施例4
一种提高氧化物半导体基光电探测器性能的方法，包括以下步骤：
步骤1、衬底的表面处理：将尺寸为5mm×10mm、厚度为0.5mm的蓝宝石衬底分别在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗10min，然后用氮气吹干，并采用热板在120℃温度下烘烤15min以去除基片表面的水汽，保证蓝宝石衬底表面清洁、干燥；
步骤2、β-Ga2O3薄膜的制备：采用分子束外延法在步骤1清洗干净的蓝石衬底上外延生长厚度约为150nm的β-Ga2O3薄膜，生长条件为：背底真空度为1.5×10-5Torr，生长温度为780℃，Ga源温度为960℃，射频电源输入功率为300W，射频电源反射功率为6W，通入氧气的流量为3sccm；
步骤3、氟元素掺杂：采用等离子体处理方法将步骤2中外延生长的β-Ga2O3薄膜进行氟元素掺杂，氟等离子体处理条件为：通入CF4的流量为80sccm，通入O2的流量为8sccm，射频电源的有效功率为30W，将β-Ga2O3薄膜进行氟等离子体处理，处理时间为：15min；
步骤4、光刻过程：1、涂胶，将AZ5214反转光刻胶以3000r/min的转速均匀涂覆在步骤3中薄膜上；2、前烘，涂覆后的光刻胶在100℃下烘焙60s；3、第一次曝光，将设计好的光刻板覆盖在光刻胶上，曝光时间为0.3s-2.0s；4、后烘，曝光后的光刻胶在120℃下烘焙90s；5、泛曝，无光刻板，曝光时间为45s；6、显影，将泛曝后的样品放入显影液中，显影时间为30s；7、检查，检查叉指宽度、叉指间距是否满足设定的尺寸；
步骤5、金属电极的沉积：利用电子束蒸发法蒸镀金属Ti，厚度15nm，蒸发速率保持在0.1nm/s；然后在Ti层上再蒸镀金属Al，厚度200nm，蒸发速率保持在2nm/s，沉积完金属后，将样品依次放入丙酮、无水乙醇、去离子水中，去除光刻胶及多余的Ti、Al，从而得到图形化电极层；
步骤6、快速退火：将步骤5得到的样品在氮气保护气体下，以50℃/s的升温速率由室温升至400℃，退火5min，改善金属与半导体的接触，最终得到基于表面氟掺杂的β-Ga2O3薄膜金属-半导体-金属探测器。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (2)
1.一种提高氧化物半导体基光电探测器性能的方法，其特征在于：该方法对基片上的有源层材料表面进行氟元素掺杂，从而填充在制备有源层材料的过程中产生的氧空位，然后制作电极形成光电探测器，氟元素掺杂使得光电探测器的探测率提高以及恢复时间缩短，其中有源层材料为氧化物半导体；
所述的提高氧化物半导体基光电探测器性能的方法，包括以下步骤：
步骤1、衬底的表面处理：将蓝宝石衬底分别在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗1-10min，然后用氮气吹干，并采用热板在80-150℃温度下烘烤5-15min以去除基片表面的水汽，保证蓝宝石衬底表面清洁、干燥；
步骤2、β-Ga2O3薄膜的制备：采用分子束外延法在步骤1清洗干净的蓝石衬底上外延生长厚度为50-150nm的β-Ga2O3薄膜，生长条件为：背底真空度为1.5×10-5Torr，生长温度为720-780℃，Ga源温度为920-960℃，射频电源输入功率为300W，射频电源反射功率为6W，通入氧气的流量为1-3sccm；
步骤3、氟元素掺杂：采用等离子体处理方法将步骤2中外延生长的β-Ga2O3薄膜进行氟元素掺杂，氟等离子体处理条件为：通入CF4的流量为80sccm，通入O2的流量为8sccm，射频电源的有效功率为30W，在以上条件不变的情况下，将β-Ga2O3薄膜进行氟等离子体处理，处理时间为：5min、10min、15min；
步骤4、光刻过程：1、涂胶，将AZ5214反转光刻胶以3000r/min的转速均匀涂覆在步骤3中薄膜上；2、前烘，涂覆后的光刻胶在100℃下烘焙60s；3、第一次曝光，将设计好的光刻板覆盖在光刻胶上，曝光时间为0.3s-2.0s；4、后烘，曝光后的光刻胶在120℃下烘焙90s；5、泛曝，无光刻板，曝光时间为45s；6、显影，将泛曝后的样品放入显影液中，显影时间为30s；7、检查，检查叉指宽度、叉指间距是否满足设定的尺寸；
步骤5、金属电极的沉积：利用电子束蒸发法蒸镀金属Ti，厚度10-20nm，蒸发速率保持在0.1nm/s；然后在Ti层上再蒸镀金属Al，厚度100-200nm，蒸发速率保持在2nm/s，沉积完金属后，将样品依次放入丙酮、无水乙醇、去离子水中，去除光刻胶及多余的Ti、Al，从而得到图形化电极层；
步骤6、快速退火：将步骤5得到的样品在氮气保护气体下，以50℃/s的升温速率由室温升至400℃，退火5min，改善金属与半导体的接触，最终得到基于表面氟掺杂的β-Ga2O3薄膜金属-半导体-金属探测器。
2.权利要求1所述方法制备得到的氧化物半导体基光电探测器。
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