CN109037374A - 基于NiO/Ga2O3的紫外光电二极管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于NiO/Ga2O3的紫外光电二极管，包括顶电极和底电极，两电极之间由顶电极向底电极方向依次设置有P型晶体NiO薄膜、I型晶体β‑Ga2O3薄膜、N型单晶β‑Ga2O3衬底，本发明还公开了一种基于NiO/Ga2O3的紫外光电二极管的制备方法，本发明解决了现有技术中由于p型Ga2O3材料的缺乏而无法制备Ga2O3基pn结紫外光电二极管的问题。
Description
技术领域
本发明属于紫外光电探测应用技术领域，具体涉及一种基于NiO/Ga2O3的紫外光电二极管，本发明还涉及一种基于NiO/Ga2O3的紫外光电二极管的制备方法。
背景技术
当波段为200-280nm的日盲紫外光穿过大气层时，由于其光子目标信号会和臭氧层发生强烈的反应而被吸收殆尽，因此该波段的紫外光在大气层中几乎是不存在的。基于日盲紫外光在大气中近乎零背景信号的优点，工作于该波段的日盲紫外探测器具有虚警率低的特点，在高压输电线检测、气象预警、火灾预警等民用领域和导弹识别跟踪、舰载通讯等军事领域具有重要的应用前景。氧化镓作为一种新型的直接带隙宽禁带半导体材料，其禁带宽度为4.9eV，对应的吸收波长为253nm，在深紫外光区具有高光电响应特性，在深紫外日盲光电探测器领域具有巨大的应用潜力。
目前，Ga2O3紫外光电探测器主要基于肖特基(MSM)结构。与基于MSM结构光电探测器相比，基于pn结结构的光电探测器具有更大的光电响应度和更快的相应速度。然而，由于氧空位的存在，p型Ga2O3材料的制备至今没有取得有效的进展。p型Ga2O3材料的缺乏使得Ga2O3基pn结结构紫外光电二极管难以实现，从而制约了Ga2O3材料在紫外光电探测领域中的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于NiO/Ga2O3的紫外光电二极管，解决了现有技术中由于p型Ga2O3材料的缺乏而无法制备Ga2O3基pn结紫外光电二极管的问题。
本发明的另一目的是提供一种基于NiO/Ga2O3的紫外光电二极管的制备方法。
本发明所采用的第一技术方案是，一种基于NiO/Ga2O3的紫外光电二极管，包括顶电极和底电极，两电极之间由顶电极向底电极方向依次设置有P型晶体NiO薄膜、I型晶体β-Ga2O3薄膜、N型单晶β-Ga2O3衬底。
本发明第一技术方案的特点还在于，
顶电极和底电极材料为Au、Al、Ni、Cu、Pb金属材料，或者包含这些金属材料的合金或ITO导电性化合物。
N型单晶β-Ga2O3衬底为掺杂Sn、Si、Al的β-Ga2O3(-201)、β-Ga2O3(001)或β-Ga2O3(010)材料，I型晶体β-Ga2O3薄膜为无掺杂的β-Ga2O3层，掺杂浓度约为在1015cm-3。
P型晶体NiO薄膜掺杂浓度为1017～1018cm-3。
本发明所采用的第二技术方案是，一种基于NiO/Ga2O3的紫外光电二极管的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、对N型单晶β-Ga2O3衬底进行清洗，清洗后用氮气吹干待用；
步骤2、在步骤1清洗后的N型单晶β-Ga2O3衬底上进行本征单晶β-Ga2O3同质外延层生长；
步骤3、在步骤2得到的本征单晶β-Ga2O3同质外延层上进行P型重掺杂晶体NiO异质外延层生长；
步骤4、在步骤3得到的P型重掺杂晶体NiO异质外延层上制作顶电极；
步骤5、对N型单晶β-Ga2O3衬底下表面制作底电极，最终形成所述基于NiO/Ga2O3的紫外光电二极管。
本发明第二技术方案的特点还在于，
步骤1中清洗流程为：使用清洗液-丙酮-酒精-去离子水逐步对样品进行清洗。
步骤2中本征单晶β-Ga2O3同质外延层生长时沉积利用化学气相沉积设备，以纯度为99.99999％的金属镓作为镓源，用氩气作为载气，氩气流量控制为100～200毫升/分，将反应腔加热至800～900℃，通入氧气作为生长源气体，氧气流量控制为5～10毫升/分，生长时间控制为0.2～3小时。
步骤3中P型掺杂晶体NiO异质外延层生长时采用磁控溅射设备，以NiO材料为溅射靶材，以氩气和氧气作为溅射气体，溅射时氧气分压控制为33.3～66.6％，沉积压强控制为0.1～5Pa，溅射功率控制为100～300W，沉积时间控制为0.1～5小时。
步骤4中P型重掺杂晶体NiO异质外延层上制作顶电极时采用磁控溅射，以Au作为溅射靶材，沉积时间控制为0.1～2小时，沉积压强为控制为2～4Pa，溅射功率为10-20mW。
步骤5中N型单晶β-Ga2O3衬底下表面底电极制作时采用磁控溅射，首先以Ni作为靶材，沉积时间控制为0.1～2小时，沉积压强控制为0.1～10Pa，溅射功率控制为100～200W；之后以Au作为溅射靶材在Ni层表面溅射形成Au层，沉积时间控制为0.1～2小时，沉积压强控制为2～4Pa，溅射功率为10～20mW。
本发明的有益效果是，基于NiO/Ga2O3的紫外光电二极管，首次采用了具有卓越光学性能的Ga2O3材料，充分发挥该材料在深紫外光区域和可见光区域的极高光透率的特点；同时，与SiC、GaN等材料相比，Ga2O3材料具有更大的禁带宽度和更高的临界击穿电场强度，使得本发明的基于NiO/Ga2O3的紫外光电二极管具有更高的耐压水平。在高温、高压、高频和高辐射等极端条件下，基于本发明的基于NiO/Ga2O3的紫外光电二极管的新型PIN紫外光电探测器不仅探测性能优于目前的PIN紫外光电探测器，且器件的可靠性也大幅提高，因此更适用于上述极端环境；
通过I型Ga2O3层厚度和掺杂浓度的设计，可使空间电荷区的宽度增加，使光生载流子增多，提高光电转换效率。同时，I型晶体β-Ga2O3薄膜将减小结电容，缩短响应时间，提高频率响应特性；另外，I型晶体β-Ga2O3薄膜的增加，可以分担大部分的反向偏压，并且有利于抑制暗电流。因此，与Ga2O3MSM光电探测器相比，基于NiO/Ga2O3异质结构的PIN紫外光电探测器具有更大的光电响应度和更快的响应速度。
附图说明
图1是本发明一种基于NiO/Ga2O3的紫外光电二极管结构示意图；
图2是本发明一种基于NiO/Ga2O3的紫外光电二极管的制备方法的流程图。
图中，1.顶电极，2.P型晶体NiO薄膜，3.I型晶体β-Ga2O3薄膜，4.N型单晶β-Ga2O3衬底，5.底电极。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种基于NiO/Ga2O3的紫外光电二极管，如图1所示，包括顶电极1和底电极5，两电极之间由顶电极1向底电极5方向依次设置有P型晶体NiO薄膜2、I型晶体β-Ga2O3薄膜3、N型单晶β-Ga2O3衬底4。
其中，顶电极1和底电极5材料为Au、Al、Ni、Cu、Pb金属材料，或者包含这些金属材料的合金或ITO导电性化合物。
N型单晶β-Ga2O3衬底4为掺杂Sn、Si、Al的β-Ga2O3(-201)、β-Ga2O3(001)或β-Ga2O3(010)材料，I型晶体β-Ga2O3薄膜3为无掺杂的β-Ga2O3层，掺杂浓度约为在1015cm-3。
P型晶体NiO薄膜2掺杂浓度为1017～1018cm-3。
本发明一种基于NiO/Ga2O3的紫外光电二极管的制备方法，如图2所示，具体按照以下步骤实施：
步骤1、对N型单晶β-Ga2O3衬底进行清洗，清洗后用氮气吹干待用，其中，清洗流程为：使用清洗液-丙酮-酒精-去离子水逐步对样品进行清洗；
步骤2、在步骤1清洗后的N型单晶β-Ga2O3衬底上进行本征单晶β-Ga2O3同质外延层生长，本征单晶β-Ga2O3同质外延层生长时沉积利用化学气相沉积设备，以纯度为99.99999％的金属镓作为镓源，用氩气作为载气，氩气流量控制为100～200毫升/分，将反应腔加热至800～900℃，通入氧气作为生长源气体，氧气流量控制为5～10毫升/分，生长时间控制为0.2～3小时；
步骤3、在步骤2得到的本征单晶β-Ga2O3同质外延层上进行P型重掺杂晶体NiO异质外延层生长，P型掺杂晶体NiO异质外延层生长时采用磁控溅射设备，以NiO材料为溅射靶材，以氩气和氧气作为溅射气体，溅射时氧气分压控制为33.3～66.6％，沉积压强控制为0.1～5Pa，溅射功率控制为100～300W，沉积时间控制为0.1～5小时；
步骤4、在步骤3得到的P型重掺杂晶体NiO异质外延层上制作顶电极，P型重掺杂晶体NiO异质外延层上制作顶电极时采用磁控溅射，以Au作为溅射靶材，沉积时间控制为0.1～2小时，沉积压强为控制为2～4Pa，溅射功率为10-20mW；
步骤5、对N型单晶β-Ga2O3衬底下表面制作底电极，最终形成所述基于NiO/Ga2O3的紫外光电二极管，N型单晶β-Ga2O3衬底下表面底电极制作时采用磁控溅射，首先以Ni作为靶材，沉积时间控制为0.1～2小时，沉积压强控制为0.1～10Pa，溅射功率控制为100～200W；之后以Au作为溅射靶材在Ni层表面溅射形成Au层，沉积时间控制为0.1～2小时，沉积压强控制为2～4Pa，溅射功率为10～20mW。
实施例1
本发明一种基于NiO/Ga2O3的紫外光电二极管的制备方法，如图2所示，具体按照以下步骤实施：
步骤1、对N型单晶β-Ga2O3衬底进行清洗，清洗后用氮气吹干待用，其中，清洗流程为：使用清洗液-丙酮-酒精-去离子水逐步对样品进行清洗；
步骤2、在步骤1清洗后的N型单晶β-Ga2O3衬底上进行本征单晶β-Ga2O3同质外延层生长，本征单晶β-Ga2O3同质外延层生长时沉积利用化学气相沉积设备，以纯度为99.99999％的金属镓作为镓源，用氩气作为载气，氩气流量控制为100毫升/分，将反应腔加热至800℃，通入氧气作为生长源气体，氧气流量控制为10毫升/分，生长时间控制为3小时；
步骤3、在步骤2得到的本征单晶β-Ga2O3同质外延层上进行P型重掺杂晶体NiO异质外延层生长，P型掺杂晶体NiO异质外延层生长时采用磁控溅射设备，以NiO材料为溅射靶材，以氩气和氧气作为溅射气体，溅射时氧气分压控制为33.3％，沉积压强控制为5Pa，溅射功率控制为100W，沉积时间控制为0.1小时；
步骤4、在步骤3得到的P型重掺杂晶体NiO异质外延层上制作顶电极，P型重掺杂晶体NiO异质外延层上制作顶电极时采用磁控溅射，以Au作为溅射靶材，沉积时间控制为0.1小时，沉积压强为控制为4Pa，溅射功率为10mW；
步骤5、对N型单晶β-Ga2O3衬底下表面制作底电极，最终形成所述基于NiO/Ga2O3的紫外光电二极管，N型单晶β-Ga2O3衬底下表面底电极制作时采用磁控溅射，首先以Ni作为靶材，沉积时间控制为2小时，沉积压强控制为0.1Pa，溅射功率控制为100W；之后以Au作为溅射靶材在Ni层表面溅射形成Au层，沉积时间控制为2小时，沉积压强控制为2Pa，溅射功率为10mW。
实施例2
本发明一种基于NiO/Ga2O3的紫外光电二极管的制备方法，如图2所示，具体按照以下步骤实施：
步骤1、对N型单晶β-Ga2O3衬底进行清洗，清洗后用氮气吹干待用，其中，清洗流程为：使用清洗液-丙酮-酒精-去离子水逐步对样品进行清洗；
步骤2、在步骤1清洗后的N型单晶β-Ga2O3衬底上进行本征单晶β-Ga2O3同质外延层生长，本征单晶β-Ga2O3同质外延层生长时沉积利用化学气相沉积设备，以纯度为99.99999％的金属镓作为镓源，用氩气作为载气，氩气流量控制为200毫升/分，将反应腔加热至900℃，通入氧气作为生长源气体，氧气流量控制为5毫升/分，生长时间控制为0.2小时；
步骤3、在步骤2得到的本征单晶β-Ga2O3同质外延层上进行P型重掺杂晶体NiO异质外延层生长，P型掺杂晶体NiO异质外延层生长时采用磁控溅射设备，以NiO材料为溅射靶材，以氩气和氧气作为溅射气体，溅射时氧气分压控制为66.6％，沉积压强控制为0.1Pa，溅射功率控制为300W，沉积时间控制为5小时；
步骤4、在步骤3得到的P型重掺杂晶体NiO异质外延层上制作顶电极，P型重掺杂晶体NiO异质外延层上制作顶电极时采用磁控溅射，以Au作为溅射靶材，沉积时间控制为2小时，沉积压强为控制为2Pa，溅射功率为20mW；
步骤5、对N型单晶β-Ga2O3衬底下表面制作底电极，最终形成所述基于NiO/Ga2O3的紫外光电二极管，N型单晶β-Ga2O3衬底下表面底电极制作时采用磁控溅射，首先以Ni作为靶材，沉积时间控制为0.1小时，沉积压强控制为10Pa，溅射功率控制为200W；之后以Au作为溅射靶材在Ni层表面溅射形成Au层，沉积时间控制为0.1小时，沉积压强控制为4Pa，溅射功率为20mW。
实施例3
本发明一种基于NiO/Ga2O3的紫外光电二极管的制备方法，如图2所示，具体按照以下步骤实施：
步骤1、对N型单晶β-Ga2O3衬底进行清洗，清洗后用氮气吹干待用，其中，清洗流程为：使用清洗液-丙酮-酒精-去离子水逐步对样品进行清洗；
步骤2、在步骤1清洗后的N型单晶β-Ga2O3衬底上进行本征单晶β-Ga2O3同质外延层生长，本征单晶β-Ga2O3同质外延层生长时沉积利用化学气相沉积设备，以纯度为99.99999％的金属镓作为镓源，用氩气作为载气，氩气流量控制为100毫升/分，将反应腔加热至850℃，通入氧气作为生长源气体，氧气流量控制为10毫升/分，生长时间控制为1小时；
步骤3、在步骤2得到的本征单晶β-Ga2O3同质外延层上进行P型重掺杂晶体NiO异质外延层生长，P型掺杂晶体NiO异质外延层生长时采用磁控溅射设备，以NiO材料为溅射靶材，以氩气和氧气作为溅射气体，溅射时氧气分压控制为50％，沉积压强控制为5Pa，溅射功率控制为300W，沉积时间控制为0.1小时；
步骤4、在步骤3得到的P型重掺杂晶体NiO异质外延层上制作顶电极，P型重掺杂晶体NiO异质外延层上制作顶电极时采用磁控溅射，以Au作为溅射靶材，沉积时间控制为2小时，沉积压强为控制为3Pa，溅射功率为15mW；
步骤5、对N型单晶β-Ga2O3衬底下表面制作底电极，最终形成所述基于NiO/Ga2O3的紫外光电二极管，N型单晶β-Ga2O3衬底下表面底电极制作时采用磁控溅射，首先以Ni作为靶材，沉积时间控制为2小时，沉积压强控制为8Pa，溅射功率控制为100W；之后以Au作为溅射靶材在Ni层表面溅射形成Au层，沉积时间控制为1小时，沉积压强控制为3Pa，溅射功率为11mW。
实施例4
本发明一种基于NiO/Ga2O3的紫外光电二极管的制备方法，如图2所示，具体按照以下步骤实施：
步骤1、对N型单晶β-Ga2O3衬底进行清洗，清洗后用氮气吹干待用，其中，清洗流程为：使用清洗液-丙酮-酒精-去离子水逐步对样品进行清洗；
步骤2、在步骤1清洗后的N型单晶β-Ga2O3衬底上进行本征单晶β-Ga2O3同质外延层生长，本征单晶β-Ga2O3同质外延层生长时沉积利用化学气相沉积设备，以纯度为99.99999％的金属镓作为镓源，用氩气作为载气，氩气流量控制为130毫升/分，将反应腔加热至900℃，通入氧气作为生长源气体，氧气流量控制为7毫升/分，生长时间控制为2小时；
步骤3、在步骤2得到的本征单晶β-Ga2O3同质外延层上进行P型重掺杂晶体NiO异质外延层生长，P型掺杂晶体NiO异质外延层生长时采用磁控溅射设备，以NiO材料为溅射靶材，以氩气和氧气作为溅射气体，溅射时氧气分压控制为66.6％，沉积压强控制为4Pa，溅射功率控制为120W，沉积时间控制为3小时；
步骤4、在步骤3得到的P型重掺杂晶体NiO异质外延层上制作顶电极，P型重掺杂晶体NiO异质外延层上制作顶电极时采用磁控溅射，以Au作为溅射靶材，沉积时间控制为0.2小时，沉积压强为控制为2.4Pa，溅射功率为15mW；
步骤5、对N型单晶β-Ga2O3衬底下表面制作底电极，最终形成所述基于NiO/Ga2O3的紫外光电二极管，N型单晶β-Ga2O3衬底下表面底电极制作时采用磁控溅射，首先以Ni作为靶材，沉积时间控制为0.2小时，沉积压强控制为9Pa，溅射功率控制为160W；之后以Au作为溅射靶材在Ni层表面溅射形成Au层，沉积时间控制为2小时，沉积压强控制为2.5Pa，溅射功率为16mW。
实施例5
本发明一种基于NiO/Ga2O3的紫外光电二极管的制备方法，如图2所示，具体按照以下步骤实施：
步骤1、对N型单晶β-Ga2O3衬底进行清洗，清洗后用氮气吹干待用，其中，清洗流程为：使用清洗液-丙酮-酒精-去离子水逐步对样品进行清洗；
步骤2、在步骤1清洗后的N型单晶β-Ga2O3衬底上进行本征单晶β-Ga2O3同质外延层生长，本征单晶β-Ga2O3同质外延层生长时沉积利用化学气相沉积设备，以纯度为99.99999％的金属镓作为镓源，用氩气作为载气，氩气流量控制为160毫升/分，将反应腔加热至880℃，通入氧气作为生长源气体，氧气流量控制为6毫升/分，生长时间控制为2.5小时；
步骤3、在步骤2得到的本征单晶β-Ga2O3同质外延层上进行P型重掺杂晶体NiO异质外延层生长，P型掺杂晶体NiO异质外延层生长时采用磁控溅射设备，以NiO材料为溅射靶材，以氩气和氧气作为溅射气体，溅射时氧气分压控制为40％，沉积压强控制为3Pa，溅射功率控制为180W，沉积时间控制为3.5小时；
步骤4、在步骤3得到的P型重掺杂晶体NiO异质外延层上制作顶电极，P型重掺杂晶体NiO异质外延层上制作顶电极时采用磁控溅射，以Au作为溅射靶材，沉积时间控制为1.5小时，沉积压强为控制为3Pa，溅射功率为18mW；
步骤5、对N型单晶β-Ga2O3衬底下表面制作底电极，最终形成所述基于NiO/Ga2O3的紫外光电二极管，N型单晶β-Ga2O3衬底下表面底电极制作时采用磁控溅射，首先以Ni作为靶材，沉积时间控制为1.5小时，沉积压强控制为5Pa，溅射功率控制为110W；之后以Au作为溅射靶材在Ni层表面溅射形成Au层，沉积时间控制为1小时，沉积压强控制为3Pa，溅射功率为13mW。
Claims (10)
1.一种基于NiO/Ga2O3的紫外光电二极管，其特征在于，包括顶电极(1)和底电极(5)，两电极之间由顶电极(1)向底电极(5)方向依次设置有P型晶体NiO薄膜(2)、I型晶体β-Ga2O3薄膜(3)、N型单晶β-Ga2O3衬底(4)。
2.根据权利要求1所述的一种基于NiO/Ga2O3的紫外光电二极管，其特征在于，所述顶电极(1)和底电极(5)材料为Au、Al、Ni、Cu、Pb金属材料，或者包含这些金属材料的合金或ITO导电性化合物。
3.根据权利要求1所述的一种基于NiO/Ga2O3的紫外光电二极管，其特征在于，所述N型单晶β-Ga2O3衬底(4)为掺杂Sn、Si、Al的β-Ga2O3(-201)、β-Ga2O3(001)或β-Ga2O3(010)材料，所述I型晶体β-Ga2O3薄膜(3)为无掺杂的β-Ga2O3层，掺杂浓度约为在1015cm-3。
4.根据权利要求1所述的一种基于NiO/Ga2O3的紫外光电二极管，其特征在于，所述P型晶体NiO薄膜(2)掺杂浓度为1017～1018cm-3。
5.一种基于NiO/Ga2O3的紫外光电二极管的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、对N型单晶β-Ga2O3衬底进行清洗，清洗后用氮气吹干待用；
步骤2、在所述步骤1清洗后的N型单晶β-Ga2O3衬底上进行本征单晶β-Ga2O3同质外延层生长；
步骤3、在所述步骤2得到的本征单晶β-Ga2O3同质外延层上进行P型重掺杂晶体NiO异质外延层生长；
步骤4、在所述步骤3得到的P型重掺杂晶体NiO异质外延层上制作顶电极；
步骤5、对所述N型单晶β-Ga2O3衬底下表面制作底电极，最终形成所述基于NiO/Ga2O3的紫外光电二极管。
6.根据权利要求5所述的一种基于NiO/Ga2O3的紫外光电二极管的制备方法，其特征在于，所述步骤1中清洗流程为：使用清洗液-丙酮-酒精-去离子水逐步对样品进行清洗。
7.根据权利要求5所述的一种基于NiO/Ga2O3的紫外光电二极管的制备方法，其特征在于，所述步骤2中本征单晶β-Ga2O3同质外延层生长时沉积利用化学气相沉积设备，以纯度为99.99999％的金属镓作为镓源，用氩气作为载气，氩气流量控制为100～200毫升/分，将反应腔加热至800～900℃，通入氧气作为生长源气体，氧气流量控制为5～10毫升/分，生长时间控制为0.2～3小时。
8.根据权利要求5所述的一种基于NiO/Ga2O3的紫外光电二极管的制备方法，其特征在于，所述步骤3中P型掺杂晶体NiO异质外延层生长时采用磁控溅射设备，以NiO材料为溅射靶材，以氩气和氧气作为溅射气体，溅射时氧气分压控制为33.3～66.6％，沉积压强控制为0.1～5Pa，溅射功率控制为100～300W，沉积时间控制为0.1～5小时。
9.根据权利要求5所述的一种基于NiO/Ga2O3的紫外光电二极管的制备方法，其特征在于，所述步骤4中P型重掺杂晶体NiO异质外延层上制作顶电极时采用磁控溅射，以Au作为溅射靶材，沉积时间控制为0.1～2小时，沉积压强为控制为2～4Pa，溅射功率为10-20mW。
10.根据权利要求5所述的一种基于NiO/Ga2O3的紫外光电二极管的制备方法，其特征在于，所述步骤5中N型单晶β-Ga2O3衬底下表面底电极制作时采用磁控溅射，首先以Ni作为靶材，沉积时间控制为0.1～2小时，沉积压强控制为0.1～10Pa，溅射功率控制为100～200W；之后以Au作为溅射靶材在Ni层表面溅射形成Au层，沉积时间控制为0.1～2小时，沉积压强控制为2～4Pa，溅射功率为10～20mW。
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110085681A (zh) * | 2019-05-20 | 2019-08-02 | 中山大学 | 一种氧化镓基异质pn结二极管及其制备方法 |
| CN110729376A (zh) * | 2019-10-23 | 2020-01-24 | 昆明物理研究所 | 基于氧化镍/β-三氧化二镓异质结的紫外探测器及其制备方法 |
| CN112071942A (zh) * | 2020-08-26 | 2020-12-11 | 西安理工大学 | 基于NiFe2O4/SiC紫外光电二极管及制备方法 |
| CN112071944A (zh) * | 2020-08-26 | 2020-12-11 | 西安理工大学 | 基于NiFe2O4/Ga2O3的紫外光电二极管及其制备方法 |
| CN112103354A (zh) * | 2020-08-26 | 2020-12-18 | 上海大学 | 透明Ga2O3的p-i-n异质结构日盲型紫外光探测器及其制备方法 |
| CN114657512A (zh) * | 2022-02-15 | 2022-06-24 | 深圳大学 | 掺杂的氧化镓紫外探测材料及制备方法、光电探测器 |
| CN115036380A (zh) * | 2022-04-25 | 2022-09-09 | 西安电子科技大学 | 一种pin结构的日盲型紫外探测器及其制备方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010087482A (ja) * | 2008-09-08 | 2010-04-15 | Murata Mfg Co Ltd | 紫外線センサおよびその製造方法 |
| CN107358780A (zh) * | 2017-07-30 | 2017-11-17 | 王旭兰 | 基于pn结芯片的智能电火花检测报警系统及其制备方法 |
| WO2018020849A1 (ja) * | 2016-07-26 | 2018-02-01 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
| CN108376716A (zh) * | 2018-03-01 | 2018-08-07 | 无锡华亿投资有限公司 | 一种新型氧化镓基pin结构紫外光电探测器及其制备方法 |
-
2018
- 2018-08-31 CN CN201811013437.3A patent/CN109037374B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010087482A (ja) * | 2008-09-08 | 2010-04-15 | Murata Mfg Co Ltd | 紫外線センサおよびその製造方法 |
| WO2018020849A1 (ja) * | 2016-07-26 | 2018-02-01 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
| CN107358780A (zh) * | 2017-07-30 | 2017-11-17 | 王旭兰 | 基于pn结芯片的智能电火花检测报警系统及其制备方法 |
| CN108376716A (zh) * | 2018-03-01 | 2018-08-07 | 无锡华亿投资有限公司 | 一种新型氧化镓基pin结构紫外光电探测器及其制备方法 |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| D. Y. GUO: ""Fabrication of β-Ga2O3/ZnO heterojunction for solar-blind deep ultraviolet photodetection"", 《SEMICONDUCTOR SCIENCE AND TECHNOLOGY》 * |
| K. ZHENG: ""Resistive switching in a GaOx-NiOx p-n heterojunction"", 《APPLIED PHYSICS LETTERS》 * |
| WEI-YU KONG: ""Graphene-β-Ga2O3 Heterojunction for Highly Sensitive Deep UV Photodetector Application"", 《ADV. MATER. 》 * |
| YOSHIHIRO KOKUBUN: ""All-oxide p–n heterojunction diodes comprising p-type NiO and n-type β-Ga2O3"", 《APPLIED PHYSICS EXPRESS》 * |
| 吕淑媛: "《半导体器件物理》", 28 February 2017 * |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110085681A (zh) * | 2019-05-20 | 2019-08-02 | 中山大学 | 一种氧化镓基异质pn结二极管及其制备方法 |
| CN110729376A (zh) * | 2019-10-23 | 2020-01-24 | 昆明物理研究所 | 基于氧化镍/β-三氧化二镓异质结的紫外探测器及其制备方法 |
| CN110729376B (zh) * | 2019-10-23 | 2021-07-20 | 昆明物理研究所 | 基于氧化镍/β-三氧化二镓异质结的紫外探测器及其制备方法 |
| CN112071942A (zh) * | 2020-08-26 | 2020-12-11 | 西安理工大学 | 基于NiFe2O4/SiC紫外光电二极管及制备方法 |
| CN112071944A (zh) * | 2020-08-26 | 2020-12-11 | 西安理工大学 | 基于NiFe2O4/Ga2O3的紫外光电二极管及其制备方法 |
| CN112103354A (zh) * | 2020-08-26 | 2020-12-18 | 上海大学 | 透明Ga2O3的p-i-n异质结构日盲型紫外光探测器及其制备方法 |
| CN112071942B (zh) * | 2020-08-26 | 2022-04-12 | 西安千月电子科技有限公司 | 基于NiFe2O4/SiC紫外光电二极管及制备方法 |
| CN112071944B (zh) * | 2020-08-26 | 2022-07-15 | 西安千月电子科技有限公司 | 基于NiFe2O4/Ga2O3的紫外光电二极管及其制备方法 |
| CN114657512A (zh) * | 2022-02-15 | 2022-06-24 | 深圳大学 | 掺杂的氧化镓紫外探测材料及制备方法、光电探测器 |
| CN114657512B (zh) * | 2022-02-15 | 2024-03-19 | 深圳大学 | 掺杂的氧化镓紫外探测材料及制备方法、光电探测器 |
| CN115036380A (zh) * | 2022-04-25 | 2022-09-09 | 西安电子科技大学 | 一种pin结构的日盲型紫外探测器及其制备方法 |
| CN115036380B (zh) * | 2022-04-25 | 2023-12-08 | 西安电子科技大学 | 一种pin结构的日盲型紫外探测器及其制备方法 |
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