CN111293181A - 一种MSM型α-Ga2O3基日盲紫外光探测器 - Google Patents
一种MSM型α-Ga2O3基日盲紫外光探测器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种MSM型α‑Ga2O3基日盲紫外光探测器及其制备方法。所述探测器从下至上依次包括a面蓝宝石衬底、有源层、一对平行金属电极，其中：所述有源层为(110)取向的α‑Ga2O3薄膜。本发明利用α‑Ga2O3与蓝宝石具有相同的晶型及较低的晶格失配率，在a面蓝宝石上生长结晶质量较好的(110)取向的α‑Ga2O3薄膜，该薄膜具有高电子迁移率使器件增益大，所以器件的光暗电流比大，响应度高。另外，本发明制得的MSM结构的日盲紫外光探测器结构和制作工艺简单，且本发明制得的探测器对245nm波长的深紫外光具有良好的探测能力，且暗电流小、光暗电流比大和响应度高，性能稳定。
Description
技术领域
本发明属于半导体探测器技术领域，具体涉及一种具有MSM结构的日盲紫外光探测器，更具体地说，本发明涉及一种MSM型α-Ga2O3基日盲紫外光探测器及其制备方法。
背景技术
由于太阳光中的深紫外波段(200～280nm)在到达地球表面前会被臭氧层强烈吸收，日盲紫外光电探测器在地球表面工作具有抗干扰能力强，灵敏度高等特点。在导弹预警，紫外通讯，火灾防控，环境监测等军事及民生领域有着十分重要的应用。相较于传统的真空紫外光电倍增管功耗高且价格高昂，基于宽禁带半导体材料的日盲紫外光电探测器由于具有体积小，增益大，能耗低等特点，成为了世界各国研究和竞争的焦点。其中研究主要集中在MgZnO，AlGaN和Ga2O3等宽禁带半导体材料上。但是要实现日盲紫外的探测，有源层半导体材料的带隙必须要大于4.4eV，而MgZnO和AlGaN在通过分别提高Mg和Al含量来提高带隙达到4.4eV的同时会使得晶体质量显著下降，会极大降低器件的电学性能和稳定性。
基于上述理由，提出本申请。
发明内容
针对现有技术上述存在的问题或缺陷，本发明的目的在于提供一种MSM型α-Ga2O3基日盲紫外光探测器及其制备方法。
Ga2O3是一种具有4.9eV的直接带隙的半导体材料，且室温下激子束缚能较高，具有很好的物理和化学稳定性，是一种理想的日盲紫外探测材料。
Ga2O3具有五种晶型，人们对β相Ga2O3研究比较多。研究较少的亚稳态α-Ga2O3具有刚玉型结构和高达5.1eV的较高带隙。所以α-Ga2O3的背景载流子比较低，即α-Ga2O3基紫外光电探测器的暗电流很小。同时，蓝宝石(a-Al2O3)的晶格结构(刚玉结构)与α-Ga2O3相同，所以α-Ga2O3和蓝宝石晶体之间的晶格失配相对较小，而β-Ga2O3(单斜晶相)的晶体结构完全不同于蓝宝石晶格结构。因此在蓝宝石更容易生长晶体质量较好的α-Ga2O3薄膜。进而提高日盲紫外光探测器的性能。
同时金属-半导体-金属(MSM)结构探测器特别有利于表面光吸收，具有结构简单、效率高和便于集成等优点，能通过控制金属类型、沟道宽度等参数来调控所得探测器的性能。所以本发明选择制备一种MSM型α-Ga2O3基日盲紫外光探测器。
为了实现本发明的上述第一个目的，本发明采用如下技术方案：
一种MSM型α-Ga2O3基日盲紫外光探测器，所述探测器从下至上依次包括a面蓝宝石衬底、有源层、一对平行金属电极，其中：所述有源层为(110)取向的α-Ga2O3薄膜。
进一步地，上述技术方案，所述有源层的厚度为100～300nm。
进一步地，上述技术方案，所述平行金属电极的厚度为30～70nm。
进一步地，上述技术方案，所述平行金属电极的间距为10～100μm。
进一步地，上述技术方案，所述平行金属电极材料可以为Pt、Au、Al或ITO中的任一种，优选为Au。
本发明的另一目的在于提供上述所述MSM型α-Ga2O3基日盲紫外光探测器的制备方法，所述方法包括以下步骤：
(1)以a面蓝宝石作为薄膜生长的衬底，使用清洗液依次对所述衬底进行超声清洗后用氮气吹干，随后立即置于真空腔内；
(2)使用Ga2O3陶瓷靶材，采用脉冲激光烧蚀沉积、磁控溅射或电子束蒸发方法在步骤(1)预处理后的a面蓝宝石衬底表面沉积形成(110)取向的α-Ga2O3薄膜；
(3)利用蒸镀法或光刻法，在所述(110)取向的α-Ga2O3薄膜表面制备一对平行金属电极，获得所述的MSM型α-Ga2O3基日盲紫外光探测器。
进一步地，上述技术方案，步骤(1)中所述清洗液包括丙酮、乙醇、去离子水，所述超声清洗时间优选为15min。
进一步地，上述技术方案，步骤(2)中所述(110)取向的α-Ga2O3薄膜具体是采用脉冲激光烧蚀沉积方法制得，具体工艺如下：
利用Ga2O3陶瓷作为靶材，控制衬底温度为600～800℃，脉冲激光能量为200～600mJ/Pulse，氧压为1～8Pa，在步骤(1)预处理后的a面蓝宝石衬底表面沉积形成(110)取向的α-Ga2O3薄膜。
更进一步地，上述技术方案，所述Ga2O3陶瓷是采用固相烧结法制得，具体方法如下：
(a)将称取10～15g Ga2O3粉体，加入超纯水，混合均匀后置于球磨罐中球磨，得到混合粉末；
(b)将所述混合粉末置于真空干燥箱中干燥后冷却至室温，然后碾碎，压成圆片；
(c)在空气氛围中，将步骤(b)所得圆片置于真空管式炉中，于1000～1500℃条件下烧制1～4h，得到所述的Ga2O3陶瓷。
更进一步地，上述技术方案，步骤(b)所述真空干燥箱温度为120℃，干燥时间为12h。
本发明的原理如下：
本发明利用(110)取向的α-Ga2O3晶格结构与蓝宝石(a-Al2O3)的晶格结构(刚玉结构)相同，所以α-Ga2O3和蓝宝石晶体之间的晶格失配相对较小，而β-Ga2O3(单斜晶相)的晶体结构完全不同于蓝宝石晶格结构，因此在蓝宝石衬底上更容易生长晶体质量较好的α-Ga2O3薄膜，进而提高日盲紫外光探测器的性能。
本发明的有益效果为：
1、本发明采用的α-Ga2O3与蓝宝石(刚玉型)有相同的晶型，容易制备出单晶α-Ga2O3外延薄膜。
2、本发明带隙更高的α-Ga2O3薄膜中载流子浓度更低，从而可以有效的降低其日盲紫外光电探测器的暗电流，并能使截止波长蓝移，提高对深紫外光的探测能力。
3、本发明α-Ga2O3为(110)取向的薄膜，本征具有比较高的电子迁移率，可以有效地提高器件的增益，使器件具有高的光暗电流比和高响应度。
4、本发明的(110)取向的α-Ga2O3半导体材料可采用常规脉冲激光烧蚀沉积、磁控溅射、电子束蒸发等多种方法进行生长，电极材料可以采用金属铝、金、铂等或者透明电极ITO，电极形状以及沟道宽度均可以自由调整和优化。本发明电极既可以采用蒸镀法蒸镀，也可以采用光刻法制作。蒸镀法工艺简单，方便大规模制备；光刻法十分有利于高精度、微尺寸器件的发展。
5、本发明制得的MSM结构的日盲紫外光电探测器结构和制作工艺简单，另外本发明制得的探测器对深紫外光具有良好的探测能力，且暗电流极小、响应速度快，性能稳定。
附图说明
图1是本发明的MSM型α-Ga2O3基日盲紫外光探测器的结构示意图；
图2是本发明实施例1制备的α-Ga2O3薄膜的XRD图；
图3是本发明实施例1中α-Ga2O3薄膜和实施例3中β-Ga2O3薄膜的透射光谱图；
图4是本发明实施例1中α-Ga2O3薄膜和实施例3中β-Ga2O3薄膜的(αhv)2∝(hv-Eg)关系图；
图5是本发明实施例1中α-Ga2O3基日盲紫外光电探测器的响应速率图；
图6是本发明实施例1中α-Ga2O3基日盲紫外光电探测器的光谱响应度测试结果；
图7是本发明实施例2制备的非晶Ga2O3薄膜的XRD图；
图8是本发明实施例2中非晶Ga2O3基日盲紫外光电探测器的响应速率图；
图9是本发明实施例3制备的β-Ga2O3薄膜的XRD图；
图10是本发明实施例3中β-Ga2O3基日盲紫外光电探测器的响应速率图；
图11是本发明实施例3中β-Ga2O3基日盲紫外光电探测器的光谱响应度测试结果；
图12是本发明实施例1中α-Ga2O3和实施例3中β-Ga2O3基日盲紫外光电探测器的光谱响应度测试结果；
图13是本发明实施例4中α-Ga2O3基日盲紫外光电探测器的响应速率图；
图14是本发明实施例4中α-Ga2O3基日盲紫外光电探测器的光谱响应度测试结果；
图15是本发明实施例5中α-Ga2O3基日盲紫外光电探测器的响应速率图；
图16是本发明实施例5中α-Ga2O3基日盲紫外光电探测器的光谱响应度测试结果。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施案例作详细说明。本实施案例在本发明技术方案的前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施案例。
根据本申请包含的信息，对于本领域技术人员来说可以轻而易举地对本发明的精确描述进行各种改变，而不会偏离所附权利要求的精神和范围。应该理解，本发明的范围不局限于所限定的过程、性质或组分，因为这些实施方案以及其他的描述仅仅是为了示意性说明本发明的特定方面。实际上，本领域或相关领域的技术人员明显能够对本发明实施方式作出的各种改变都涵盖在所附权利要求的范围内。
为了更好地理解本发明而不是限制本发明的范围，在本申请中所用的表示用量、百分比的所有数字、以及其他数值，在所有情况下都应理解为以词语“大约”所修饰。因此，除非特别说明，否则在说明书和所附权利要求书中所列出的数字参数都是近似值，其可能会根据试图获得的理想性质的不同而加以改变。各个数字参数至少应被看作是根据所报告的有效数字和通过常规的四舍五入方法而获得的。
本发明下述各实施例中采用的蓝宝石衬底，其主要成分是氧化铝(Al2O3)，a-Al2O3表示a面蓝宝石。本发明中蓝宝石衬底的厚度优选为0.35～0.45mm。
实施例1
如图1所示，本实施例的一种MSM型α-Ga2O3基日盲紫外光探测器，所述探测器从下至上依次包括a面蓝宝石衬底、有源层、一对平行金属电极，其中：所述有源层为(110)取向的α-Ga2O3薄膜，所述平行金属电极材料为Au，所述衬底的厚度为0.43mm，所述有源层的厚度为120nm，所述平行金属电极的厚度为50nm，所述平行金属电极的间距为10μm。
本实施例上述的MSM型α-Ga2O3基日盲紫外光探测器采用如下方法制备而成，包括如下步骤：
步骤1：采用固相烧结法烧制制备Ga2O3陶瓷靶材
1.1将称取10～15g Ga2O3粉体，加入超纯水，混合均匀后置于球磨罐中球磨将称取10～15g Ga2O3粉体，加入超纯水，混合均匀后置于球磨罐中球磨，混合后，加入15g去离子水，然后置于行星式球磨机中的球磨罐(球磨介质为氧化锆陶瓷球)中，球磨4h，得到混合粉末；
1.2将所述混合粉末置于真空干燥箱中，在110℃条件下真空干燥12h，取出后自然冷却至室温，筛去锆球，加入1g去离子水，用碾钵充分研磨均匀后使用压片机在8MPa压强下压成直径27.5mm、厚度2mm的圆形坯片；
1.3将所述坯片置于真空管式炉中的坩埚内，并在其周围放上成分相同的粉料(15.0000g)。将管式炉升温至1300℃并保温3h，随后自然冷却至室温，得到所述的Ga2O3陶瓷靶材。
步骤2利用Ga2O3陶瓷靶材制备日盲紫外光探测器
2.1以步骤1制得的Ga2O3陶瓷靶材作为激光烧蚀靶材，与经过丙酮、无水乙醇和去离子水等分别超声清洗15min的a面蓝宝石衬底一起装入真空室，并抽真空至10-4Pa；
2.2待将衬底温度升至700℃后，通入氧气，使得气压在整个薄膜沉积过程中维持在4Pa；然后开启衬底和靶台自转，设定激光器输出能量为300mJ/pulse，脉冲重复频率为5Hz，再开启激光开始沉积薄膜。沉积30min后关闭氧气与加热，最后将样品在真空中自然冷却至室温后取出；
2.3将得到的薄膜置于掩模板上并安装到真空蒸镀机的真空腔内，随后安装钨舟并放入蒸发源——金属Au 0.2g，关闭真空腔，开启机械泵、前级阀、分子泵，将真空度抽至10-4Pa以下，然后开启蒸发电源，缓慢地将电流提高，直到金属Au融化后保持电流恒定，打开挡板开始蒸镀。金属蒸发完毕后缓慢降低电流，关闭蒸发源，关闭分子泵、前级阀、机械泵，并打开空气阀，最后得到所述的MSM型α-Ga2O3基日盲紫外光探测器。
在本实施例制得的Ga2O3薄膜的XRD全谱如图2所示。可以看到，除了a面蓝宝石衬底的(110)，和(220)两个衍射峰外，有且仅有一个衍射峰，位于36°附近，对比Ga2O3的标准XRD谱图(JCPDS File No.06-0503)可知，这个衍射峰是α-Ga2O3的(110)晶面，说明本实施例成功制得了(110)取向的刚玉型的α-Ga2O3薄膜。如图3所示，本实施例制备的α-Ga2O3薄膜和实施例3制备的β-Ga2O3薄膜在红外及可见光区域的透过率均在90％以上。α-Ga2O3薄膜的吸收边在245nm附近，相对于β-Ga2O3薄膜的吸收边(～255nm)明显发生蓝移。因为氧化镓是直接带隙半导体，所以可以通过(αhv)2∝(hv-Eg)的关系式来得到薄膜的带隙，其中hv代表入射光子能量，α代表吸收系数。(αhv)2相对于hv的图如图4所示，通过线性外推的方法，得到α-Ga2O3薄膜的带隙为～5.06eV，而β-Ga2O3的带隙为4.9eV。这是因为α-Ga2O3由于晶型是刚玉型，本征具有比β-Ga2O3更大的带隙。
同时在本实施例制得的MSM型器件电极之间施加10V的电压并用单色光照射样品表面进行光电性能测试。图5、图6分别为该器件的时间电流和波长响应度曲线。结果表明该器件对日盲紫外光具有明显的探测能力，相较于实施例3制备的β-Ga2O3日盲紫外光电探测器具有更低的暗电流(Idark＝4pA)、高的光暗电流比(Ilight/Idark＝3.5×105)及高响应度(Rmax＝97.27A/W)。并且峰值响应波长和截止波长发生蓝移，表现出对日盲紫外光更敏感的探测能力。这得益于α-Ga2O3薄膜相对于β-Ga2O3具有更宽的带隙，更宽的带隙导致器件的暗电流显著降低，峰值响应波长和截止波长发生蓝移另外本征具有比较高的电子迁移率，可以有效地提高器件的增益，使器件具有高的光暗电流比和高响应度。综上所述，本实施例制备的α-Ga2O3基探测器相对于实施例3制备的β-Ga2O3基探测器具有更低的暗电流，更高的光暗电流比和更高的响应度及更短的截止波长，表现出了对日盲紫外光更为敏感和快速的探测能力。
实施例2(对比实施例)
本实施例的一种MSM型非晶α-Ga2O3基日盲紫外光探测器，所述探测器从下至上依次包括a面蓝宝石衬底、有源层、一对平行金属电极，其中：所述有源层为非晶Ga2O3薄膜，所述平行金属电极材料为Au，所述衬底的厚度为0.43mm，所述有源层的厚度为120nm，所述平行金属电极的厚度为55nm，所述平行金属电极的间距为10μm。
本实施例上述的MSM型非晶α-Ga2O3基日盲紫外光探测器采用如下方法制备而成，包括如下步骤：
步骤1利用实施例1中的Ga2O3陶瓷靶材制备日盲紫外光探测器
1.1以步骤1制得的Ga2O3陶瓷靶材作为激光烧蚀靶材，与经过丙酮、无水乙醇和去离子水等分别超声清洗15min的a面蓝宝石衬底一起装入真空室，并抽真空至10-4Pa；
2.2待将衬底温度升至500℃后，通入氧气，使得气压在整个薄膜沉积过程中维持在4Pa；然后开启衬底和靶台自转，设定激光器输出能量为300mJ/pulse，脉冲重复频率为5Hz，再开启激光开始沉积薄膜。沉积30min后关闭氧气与加热，最后将样品在真空中自然冷却至室温后取出；
2.3将得到的薄膜置于掩模板上并安装到真空蒸镀机的真空腔内，随后安装钨舟并放入蒸发源——金属Au 0.2g，关闭真空腔，开启机械泵、前级阀、分子泵，将真空度抽至10-4Pa以下，然后开启蒸发电源，缓慢地将电流提高，直到金属Au融化后保持电流恒定，打开挡板开始蒸镀。金属蒸发完毕后缓慢降低电流，关闭蒸发源，关闭分子泵、前级阀、机械泵，并打开空气阀，最后得到MSM型非晶α-Ga2O3基日盲紫外光探测器。
从本实施例制得的Ga2O3薄膜的XRD全谱如图7所示。可以看到，除了a面蓝宝石衬底的(110)和(220)两个衍射峰外，没有其它衍射峰，说明本实施例制得了非晶Ga2O3薄膜。在本实施例制得的器件电极之间施加10V的电压并用单色光照射样品表面进行光电性能测试。结果表明该器件暗电流Idark＝130nA，弛豫响应时间2.03s。可见该器件的暗电流明显要高于上述单晶α-Ga2O3基的探测器，且响应速度更慢。体现出了单晶α-Ga2O3基探测器更为优异的日盲紫外光探测能力。测试结果见图8。
实施例3(对比实施例)
本实施例的一种MSM型β-Ga2O3基日盲紫外光探测器，所述探测器从下至上依次包括c面蓝宝石衬底、有源层、一对平行金属电极，其中：所述有源层为β-Ga2O3薄膜，所述平行金属电极材料为Au，所述衬底的厚度为0.43mm，所述有源层的厚度为150nm，所述平行金属电极的厚度为55nm，所述平行金属电极的间距为10μm。
本实施例上述的MSM型β-Ga2O3基日盲紫外光探测器采用如下方法制备而成，包括如下步骤：
步骤1：采用固相烧结法烧制制备Ga2O3陶瓷靶材
1.1称取10g Ga2O3粉末，加入15g去离子水，然后置于行星式球磨机中的球磨罐(球磨介质为氧化锆陶瓷球)中，球磨4h，得到分散均匀的粉末；
1.2将所述粉末置于真空干燥箱中，在110℃条件下真空干燥12h，取出后自然冷却至室温，筛去锆球，加入1g去离子水，用碾钵充分研磨均匀后使用压片机在8M Pa压强下压成直径27.5mm、厚度2mm的圆形坯片；
1.3将所述坯片置于真空管式炉中的坩埚内，并在其周围放上成分相同的粉料(15.0000g)。将管式炉升温至1300℃并保温3h，随后自然冷却至室温，得到所述的Ga2O3陶瓷靶材。
步骤2利用Ga2O3陶瓷靶材制备日盲紫外光探测器
2.1以步骤1制得的Ga2O3陶瓷靶材作为激光烧蚀靶材，与经过丙酮、无水乙醇和去离子水等分别超声清洗15min的c面蓝宝石衬底一起装入真空室，并抽真空至10-4Pa；
2.2待将衬底温度升至700℃后，通入氧气，使得气压在整个薄膜沉积过程中维持在4Pa；然后开启衬底和靶台自转，设定激光器输出能量为300mJ/pulse，脉冲重复频率为5Hz，再开启激光开始沉积薄膜。沉积30min后关闭氧气与加热，最后将样品在真空中自然冷却至室温后取出；
2.3将得到的薄膜置于掩模板上并安装到真空蒸镀机的真空腔内，随后安装钨舟并放入蒸发源——金属Au 0.15g，关闭真空腔，开启机械泵、前级阀、分子泵，将真空度抽至10-4Pa以下，然后开启蒸发电源，缓慢地将电流提高，直到金属Au融化后保持电流恒定，打开挡板开始蒸镀。金属蒸发完毕后缓慢降低电流，关闭蒸发源，关闭分子泵、前级阀、机械泵，并打开空气阀，最后得到所述的MSM型β-Ga2O3基日盲紫外光探测器。
从本实施例中制得的Ga2O3的XRD全谱如图9所示，除了c面蓝宝石衬底的(0003)，(0006)和(0009)三个衍射峰外，有且仅有三个衍射峰，分别位于18.9°，38.3°和59.1°附近，对比Ga2O3的标准XRD谱图(JCPDS File No.41-1103)可知，这三个衍射峰分别代表Ga2O3的(-201)，(-402)和(-603)晶面，说明本实施例成功制得了(-201)取向的β-Ga2O3薄膜。在本实施例制得的器件电极之间施加10V的电压并用单色光照射样品表面进行光电性能测试。结果表明该器件暗电流Idark＝10.6pA，响应度R＝16.5A/W。可见该器件的暗电流明显要高于上述实施例1基于(110)取向的α-Ga2O3的探测器，响应度低于上述实施例1基于(110)取向的α-Ga2O3的探测器。体现出了(110)取向的α-Ga2O3基探测器更低的背景噪声和高响应。测试结果见图10、11和图12。
实施例4
本实施例的一种MSM型α-Ga2O3基日盲紫外光探测器，所述探测器从下至上依次包括a面蓝宝石衬底、有源层、一对平行金属电极，其中：所述有源层为(110)取向的α-Ga2O3薄膜，所述平行金属电极材料为Au，所述衬底的厚度为0.43mm，所述有源层的厚度为300nm，所述平行金属电极的厚度为30nm，所述平行金属电极的间距为50μm。
本实施例上述的MSM型α-Ga2O3基日盲紫外光探测器采用如下方法制备而成，包括如下步骤：
步骤1：采用与实施例1相同的固相烧结法制备Ga2O3陶瓷靶材。
步骤2：利用Ga2O3陶瓷靶材制备日盲紫外光探测器
2.1以步骤1制得的Ga2O3陶瓷靶材作为激光烧蚀靶材，与经过丙酮、无水乙醇和去离子水等分别超声清洗15min的蓝宝石衬底一起装入真空室，并抽真空至10-4Pa；
2.2待将衬底温度升至600℃后，通入氧气，使得气压在整个薄膜沉积过程中维持在1Pa；然后开启衬底和靶台自转，设定激光器输出能量为500mJ/pulse，脉冲重复频率为5Hz，再开启激光开始沉积薄膜。沉积30min后关闭氧气与加热，最后将样品在真空中自然冷却至室温后取出；
2.3将得到的薄膜置于掩模板上并安装到真空蒸镀机的真空腔内，随后安装钨舟并放入蒸发源——金属Au 0.10g，关闭真空腔，开启机械泵、前级阀、分子泵，将真空度抽至10-4Pa以下，然后开启蒸发电源，缓慢地将电流提高，直到金属Au融化后保持电流恒定，打开挡板开始蒸镀。金属蒸发完毕后缓慢降低电流，关闭蒸发源，关闭分子泵、前级阀、机械泵，并打开空气阀，最后得到MSM型α-Ga2O3基日盲紫外光探测器。
对本实施例制得的Ga2O3薄膜进行XRD全谱测试。可以看到，除了a面蓝宝石衬底的(110)，和(220)两个衍射峰外，有且仅有一个衍射峰，位于36°附近，对比Ga2O3的标准XRD谱图(JCPDS File No.06-0503)可知，这个衍射峰是α-Ga2O3的(110)晶面，说明本实施例成功制得了(110)取向的刚玉型的α-Ga2O3薄膜。另外，经透过率测试可知，本实施例制备的α-Ga2O3在红外及可见光区域的透过率在90％以上，且α-Ga2O3薄膜的吸收边在245nm附近，相对于β-Ga2O3薄膜的吸收边(～255nm)明显发生蓝移。
在本实施例制得的器件电极之间施加10V的电压并用单色光照射样品表面进行光电性能测试。结果表明该器件暗电流Idark＝36pA，光暗电流比(Ilight/Idark＝4.08×104)，响应度R＝102.1A/W。相比于实施例1中的光电测试结果，暗电流增大，光暗电流比降低，这是因为激光能量变大，沉积薄膜质量变差，薄膜缺陷变多，背景载流子浓度变大导致的。测试结果见图13和图14。
实施例5(对比实施例)
本实施例的一种MSM型α-Ga2O3基日盲紫外光探测器，所述探测器从下至上依次包括a面蓝宝石衬底、有源层、一对平行金属电极，其中：所述有源层为(110)取向的α-Ga2O3薄膜，所述平行金属电极材料为Au，所述衬底的厚度为0.43mm，所述有源层的厚度为370nm，所述平行金属电极的厚度为70nm，所述平行金属电极的间距为100μm。
本实施例上述的MSM型α-Ga2O3基日盲紫外光探测器采用如下方法制备而成，包括如下步骤：
步骤1：采用与实施例1相同的固相烧结法制备Ga2O3陶瓷靶材。
步骤2：利用Ga2O3陶瓷靶材制备日盲紫外光探测器
2.1以步骤1制得的Ga2O3陶瓷靶材作为激光烧蚀靶材，与经过丙酮、无水乙醇和去离子水等分别超声清洗15min的蓝宝石衬底一起装入真空室，并抽真空至10-4Pa；
2.2待将衬底温度升至800℃后，通入氧气，使得气压在整个薄膜沉积过程中维持在8Pa；然后开启衬底和靶台自转，设定激光器输出能量为600mJ/pulse，脉冲重复频率为5Hz，再开启激光开始沉积薄膜。沉积30min后关闭氧气与加热，最后将样品在真空中自然冷却至室温后取出；
2.3将得到的薄膜置于掩模板上并安装到真空蒸镀机的真空腔内，随后安装钨舟并放入蒸发源—金属Au 0.25g，关闭真空腔，开启机械泵、前级阀、分子泵，将真空度抽至10-4Pa以下，然后开启蒸发电源，缓慢地将电流提高，直到金属Au融化后保持电流恒定，打开挡板开始蒸镀。金属蒸发完毕后缓慢降低电流，关闭蒸发源，关闭分子泵、前级阀、机械泵，并打开空气阀，最后得到所述的MSM型α-Ga2O3基日盲紫外光探测器。
对本实施例制得的Ga2O3薄膜进行XRD全谱测试。可以看到，除了a面蓝宝石衬底的(110)，和(220)两个衍射峰外，有且仅有一个衍射峰，位于36°附近，对比Ga2O3的标准XRD谱图(JCPDS File No.06-0503)可知，这个衍射峰是α-Ga2O3的(110)晶面，说明本实施例成功制得了(110)取向的刚玉型的α-Ga2O3薄膜。另外，经透过率测试可知，本实施例制备的α-Ga2O3在红外及可见光区域的透过率在90％以上，且α-Ga2O3薄膜的吸收边在245nm附近，相对于β-Ga2O3薄膜的吸收边(～255nm)明显发生蓝移
在本实施例制得的器件电极之间施加5V的电压并用单色光照射样品表面进行光电性能测试。结果表明该器件暗电流Idark＝10pA，光暗电流比(Ilight/Idark＝5500)，响应度R＝3.8A/W。相比于实施例1中的光电测试结果，暗电流急剧增加，光暗电流比骤降，这是由于激光能量进一步变大，沉积薄膜质量劣化，薄膜缺陷变的更多，背景载流子浓度增加，另外外加偏压减小，光电流显著降低。以上原因导致器件性能降低。测试结果见图15和图16。
Claims (9)
1.一种MSM型α-Ga2O3基日盲紫外光探测器，其特征在于：所述探测器从下至上依次包括a面蓝宝石衬底、有源层、一对平行金属电极，其中：所述有源层为(110)取向的α-Ga2O3薄膜。
2.根据权利要求1所述的MSM型α-Ga2O3基日盲紫外光探测器，其特征在于：所述a面蓝宝石衬底的厚度为0.35～0.45mm。
3.根据权利要求1所述的MSM型α-Ga2O3基日盲紫外光探测器，其特征在于：所述有源层的厚度为100～300nm。
4.根据权利要求1所述的MSM型α-Ga2O3基日盲紫外光探测器，其特征在于：所述平行金属电极的厚度为30～70nm。
5.根据权利要求1所述的MSM型α-Ga2O3基日盲紫外光探测器，其特征在于：所述平行金属电极的间距为10～100μm。
6.根据权利要求1所述的MSM型α-Ga2O3基日盲紫外光探测器，其特征在于：所述平行金属电极材料可以为Pt、Au、Al或ITO中的任一种。
7.权利要求1所述的MSM型α-Ga2O3基日盲紫外光探测器的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
(1)以a面蓝宝石作为薄膜生长的衬底，使用清洗液依次对所述衬底进行超声清洗后用氮气吹干，随后立即置于真空腔内；
(2)使用Ga2O3陶瓷靶材，采用脉冲激光烧蚀沉积、磁控溅射或电子束蒸发方法在步骤(1)预处理后的a面蓝宝石衬底表面沉积形成(110)取向的α-Ga2O3薄膜；
(3)利用蒸镀法或光刻法，在所述(110)取向的α-Ga2O3薄膜表面制备一对平行金属电极，获得所述的MSM型α-Ga2O3基日盲紫外光探测器。
8.根据权利要求7所述的MSM型α-Ga2O3基日盲紫外光探测器的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述(110)取向的α-Ga2O3薄膜具体是采用脉冲激光烧蚀沉积方法制得，具体工艺如下：
利用Ga2O3陶瓷作为靶材，控制衬底温度为600～800℃，脉冲激光能量为200～600mJ/Pulse，氧压为1～8Pa，在步骤(1)预处理后的a面蓝宝石衬底表面沉积形成(110)取向的α-Ga2O3薄膜。
9.根据权利要求8所述的MSM型α-Ga2O3基日盲紫外光探测器的制备方法，其特征在于：所述Ga2O3陶瓷是采用固相烧结法制得，具体方法如下：
(a)将称取10～15g Ga2O3粉体，加入超纯水，混合均匀后置于球磨罐中球磨，得到混合粉末；
(b)将所述混合粉末置于真空干燥箱中干燥后冷却至室温，然后碾碎，压成圆片；
(c)在空气氛围中，将步骤(b)所得圆片置于真空管式炉中，于1000～1500℃条件下烧制1～4h，得到所述的Ga2O3陶瓷。
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