CN112071944B - 基于NiFe2O4/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NiFe2O4/Ga2O3的紫外光电二极管，本发明还公开了一种基于NiFe2O4/Ga2O3的紫外光电二极管的制备方法，首先对衬底进行清洗，清洗后用氮气吹干待用；在清洗后的衬底上进行P型NiFe2O4层生长；在得到的P型NiFe2O4层上的部分区域进行N型β‑Ga2O3层生长；在得到的P型NiFe2O4层上制作P型NiFe2O4层上的电极；在得到的N型β‑Ga2O3层上制作N型β‑Ga2O3层上的电极，最终形成所述基于NiFe2O4/Ga2O3的紫外光电二极管。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 NiFe2O4/Ga2O3的紫外光电二极管，本发明还涉及基于NiFe2O4/Ga2O3的紫外光电二极管的制备方法。
背景技术
氧化镓(β-Ga2O3)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。同时，氧化镓的高禁带宽度高的击穿电场强度(临界击穿电场强度理论值可达8MV/cm),使得氧化镓深紫外日盲光电探测器更适合于高频、高温、高压和高辐射环境下的应用。
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，目前p型Ga2O3材料的制备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NiFe2O4/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NiFe2O4/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，基于NiFe2O4/Ga2O3的紫外光电二极管，包括衬底，衬底上形成有P型NiFe2O4层，P型NiFe2O4层的部分区域上形成有N型β-Ga2O3层，N型β-Ga2O3层上为N型β-Ga2O3层上的电极， P型NiFe2O4层的另外部分区域上形成有P型NiFe2O4层上的电极。
本发明第一技术方案的特点还在于，
P型NiFe2O4层上的电极和N型β-Ga2O3层上的电极材料均为Au、Al、 Ni、Ti、Cu、Pb金属材料中的一种，或者包含上述金属材料的合金或ITO 导电性化合物。
衬底为Al2O3、石英、绝缘MgO或者绝缘SrTiO3衬底。
N型β-Ga2O3层厚度为100～200nm，掺杂浓度为1015～1016cm-3，所述P 型NiFe2O4层厚度为100～200nm，载流子浓度为1017～1018cm-3。
本发明所采用的第二技术方案是，一种基于NiFe2O4/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清洗后的衬底上进行P型NiFe2O4层生长；
步骤3、在步骤2得到的P型NiFe2O4层上的部分区域进行N型β-Ga2O3层生长；
步骤4、在步骤2得到的P型NiFe2O4层上制作P型NiFe2O4层上的电极；
步骤5、在步骤3得到的N型β-Ga2O3层上制作N型β-Ga2O3层上的电极，最终形成所述基于NiFe2O4/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中衬底上P型NiFe2O4层生长时采用磁控溅射设备，以NiFe2O4陶瓷材料为靶材，以氩气Ar和氧气O2作为溅射气体，溅射时Ar:O2比例为 10:1～5:1，衬底温度为500～600℃，溅射压强控制为0.5～5Pa，溅射功率控制为100～200W，溅射时间控制为0.1～5小时，之后将溅射得到的样品在空气环境下退火处理，退火温度为600～700℃，退火时间为0.5～2小时，得到P 型NiFe2O4异质外延层。
步骤3中采用溶胶凝胶法在P型NiFe2O4层部分区域中生长N型β-Ga2O3层，其中以Ga(NO3)3xH2O作为Ga源，以乙二醇甲醚CH3OCH2CH2OH作为溶剂，以乙醇胺HOCH2CH2NH2作为稳定剂，具体如下：
步骤3.1、配置溶液：以Ga(NO3)3xH2O作为溶质，以乙二醇甲醚 CH3OCH2CH2OH作为溶剂，以乙醇胺HOCH2CH2NH2作为稳定剂，溶液浓度为0.3～0.6mol/L；
步骤3.2、将步骤3.1得到的溶液在60～70℃，恒温下搅拌2～3小时形成溶胶，陈化36～48小时后对溶胶进行过滤；
步骤3.3、将所述步3.2配置好的溶胶旋涂于P型NiFe2O4层上，旋涂时控制旋涂转速为2500～3000rpm，旋转时间为30～45秒，将旋涂后得到的材料在100～200℃空气环境下低温热处理10～40分钟，然后再用快速退火炉 500～700℃高温热处理10～40分钟；
步骤3.4、加热处理后待材料在空气中冷却至室温后再进行二次旋涂及热处理，通过调整上述旋涂及热处理重复次数控制所制备的N型β-Ga2O3层的厚度；
步骤3.5、将旋涂及热处理完毕后得到的材料放置于空气环境中进行退火处理，退火温度为600℃～1000℃，退火时间1～3小时，得到N型β-Ga2O3层。
步骤4中P型NiFe2O4层上制作电极时采用磁控溅射，首先以Ti作为溅射靶材在P型NiFe2O4异质外延层表面溅射形成Ti层，溅射时间控制为0.1～2 小时，溅射压强控制为0.1～10Pa，溅射功率控制为100～200W；之后以Au 作为溅射靶材在Ti层表面溅射形成Au层，溅射时间控制为0.1～2小时，溅射压强控制为2～4Pa，溅射功率为10～20mW。
步骤5中在N型β-Ga2O3层上制作电极时采用磁控溅射，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，最终形成所述基于NiFe2O4/Ga2O3的紫外光电二极管。
本发明的有益效果是，基于NiFe2O4/Ga2O3的紫外光电二极管，首次采用了具有卓越光学性能的NiFe2O4与Ga2O3形成异质结，充分发挥Ga2O3材料在日盲紫外探测领域的应用潜力；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 NiFe2O4/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，本发明的基于NiFe2O4/Ga2O3的紫外光电二极管的新型紫外光电探测器不仅探测性能优于目前的紫外光电探测器，且器件的可靠性也大幅提高，因此更适用于上述极端环境。
附图说明
图1是本发明一种基于NiFe2O4/Ga2O3的紫外光电二极管结构示意图；
图2是本发明一种基于NiFe2O4/Ga2O3的紫外光电二极管的制备方法的流程图。
图中，1.衬底，2.P型NiFe2O4层，3.P型NiFe2O4层上的电极，4.N 型β-Ga2O3层，5.N型β-Ga2O3层上的电极。
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。
本发明基于NiFe2O4/Ga2O3的紫外光电二极管，结构如图1所示，包括衬底1，衬底1上形成有P型NiFe2O4层2，P型NiFe2O4层2的部分区域上形成有N型β-Ga2O3层4，N型β-Ga2O3层4上为N型β-Ga2O3层上的电极5， P型NiFe2O4层2的另外部分区域上形成有P型NiFe2O4层上的电极3。
P型NiFe2O4层上的电极3和N型β-Ga2O3层上的电极5材料均为Au、 Al、Ni、Ti、Cu、Pb金属材料中的一种，或者包含上述金属材料的合金或 ITO导电性化合物。
衬底1为Al2O3、石英、绝缘MgO或者绝缘SrTiO3衬底。
N型β-Ga2O3层4厚度为100～200nm，掺杂浓度为1015～1016cm-3，所述 P型NiFe2O4层2厚度为100～200nm，载流子浓度为1017～1018cm-3。
一种基于NiFe2O4/Ga2O3的紫外光电二极管的制备方法，流程图如图2 所示，具体按照以下步骤实施：
步骤1、对衬底1进行清洗，清洗后用氮气吹干待用；
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、在步骤1清洗后的衬底1上进行P型NiFe2O4层生长；
步骤2中衬底1上P型NiFe2O4层生长时采用磁控溅射设备，以NiFe2O4陶瓷材料为靶材，以氩气Ar和氧气O2作为溅射气体，溅射时Ar:O2比例为 10:1～5:1，衬底温度为500～600℃，溅射压强控制为0.5～5Pa，溅射功率控制为100～200W，溅射时间控制为0.1～5小时，之后将溅射得到的样品在空气环境下退火处理，退火温度为600～700℃，退火时间为0.5～2小时，得到P 型NiFe2O4异质外延层。
步骤3、在步骤2得到的P型NiFe2O4层上的部分区域进行N型β-Ga2O3层生长；
步骤3中采用溶胶凝胶法在P型NiFe2O4层部分区域中生长N型β-Ga2O3层，其中以Ga(NO3)3xH2O作为Ga源，以乙二醇甲醚CH3OCH2CH2OH作为溶剂，以乙醇胺HOCH2CH2NH2作为稳定剂，具体如下：
步骤3.1、配置溶液：以Ga(NO3)3xH2O作为溶质，以乙二醇甲醚 CH3OCH2CH2OH作为溶剂，以乙醇胺HOCH2CH2NH2作为稳定剂，溶液浓度为0.3～0.6mol/L；
步骤3.2、将步骤3.1得到的溶液在60～70℃，恒温下搅拌2～3小时形成溶胶，陈化36～48小时后对溶胶进行过滤；
步骤3.3、将所述步3.2配置好的溶胶旋涂于P型NiFe2O4层上，旋涂时控制旋涂转速为2500～3000rpm，旋转时间为30～45秒，将旋涂后得到的材料在100～200℃空气环境下低温热处理10～40分钟，然后再用快速退火炉 500～700℃高温热处理10～40分钟；
步骤3.4、加热处理后待材料在空气中冷却至室温后再进行二次旋涂及热处理，通过调整上述旋涂及热处理重复次数控制所制备的N型β-Ga2O3层的厚度；
步骤3.5、将旋涂及热处理完毕后得到的材料放置于空气环境中进行退火处理，退火温度为600℃～1000℃，退火时间1～3小时，得到N型β-Ga2O3层。
步骤4、在步骤2得到的P型NiFe2O4层上制作P型NiFe2O4层上的电极3；
步骤4中P型NiFe2O4层上制作电极时采用磁控溅射，首先以Ti作为溅射靶材在P型NiFe2O4异质外延层表面溅射形成Ti层，溅射时间控制为0.1～2 小时，溅射压强控制为0.1～10Pa，溅射功率控制为100～200W；之后以Au 作为溅射靶材在Ti层表面溅射形成Au层，溅射时间控制为0.1～2小时，溅射压强控制为2～4Pa，溅射功率为10～20mW。
步骤5、在步骤3得到的N型β-Ga2O3层上制作N型β-Ga2O3层上的电极5，最终形成所述基于NiFe2O4/Ga2O3的紫外光电二极管。
步骤5中在N型β-Ga2O3层上制作电极时采用磁控溅射，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，最终形成所述基于NiFe2O4/Ga2O3的紫外光电二极管。
实施例1
一种基于NiFe2O4/Ga2O3的紫外光电二极管的制备方法，流程图如图2 所示，具体按照以下步骤实施：
步骤1、对衬底1进行清洗，清洗后用氮气吹干待用；
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、在步骤1清洗后的衬底1上进行P型NiFe2O4层生长；
步骤2中衬底1上P型NiFe2O4层生长时采用磁控溅射设备，以NiFe2O4陶瓷材料为靶材，以氩气Ar和氧气O2作为溅射气体，溅射时Ar:O2比例为 10:1，衬底温度为500℃，溅射压强控制为0.5Pa，溅射功率控制为100W，溅射时间控制为0.1小时，之后将溅射得到的样品在空气环境下退火处理，退火温度为600℃，退火时间为0.5小时，得到P型NiFe2O4异质外延层。
步骤3、在步骤2得到的P型NiFe2O4层上的部分区域进行N型β-Ga2O3层生长；
步骤3中采用溶胶凝胶法在P型NiFe2O4层部分区域中生长N型β-Ga2O3层，其中以Ga(NO3)3xH2O作为Ga源，以乙二醇甲醚CH3OCH2CH2OH作为溶剂，以乙醇胺HOCH2CH2NH2作为稳定剂，具体如下：
步骤3.1、配置溶液：以Ga(NO3)3xH2O作为溶质，以乙二醇甲醚 CH3OCH2CH2OH作为溶剂，以乙醇胺HOCH2CH2NH2作为稳定剂，溶液浓度为0.3mol/L；
步骤3.2、将步骤3.1得到的溶液在60℃，恒温下搅拌2小时形成溶胶，陈化36小时后对溶胶进行过滤；
步骤3.3、将所述步3.2配置好的溶胶旋涂于P型NiFe2O4层上，旋涂时控制旋涂转速为2500rpm，旋转时间为30秒，将旋涂后得到的材料在100℃空气环境下低温热处理10分钟，然后再用快速退火炉500℃高温热处理10 分钟；
步骤3.4、加热处理后待材料在空气中冷却至室温后再进行二次旋涂及热处理，通过调整上述旋涂及热处理重复次数控制所制备的N型β-Ga2O3层的厚度；
步骤3.5、将旋涂及热处理完毕后得到的材料放置于空气环境中进行退火处理，退火温度为600℃，退火时间1小时，得到N型β-Ga2O3层。
步骤4、在步骤2得到的P型NiFe2O4层上制作P型NiFe2O4层上的电极3；
步骤4中P型NiFe2O4层上制作电极时采用磁控溅射，首先以Ti作为溅射靶材在P型NiFe2O4异质外延层表面溅射形成Ti层，溅射时间控制为0.1 小时，溅射压强控制为0.1Pa，溅射功率控制为100W；之后以Au作为溅射靶材在Ti层表面溅射形成Au层，溅射时间控制为0.1小时，溅射压强控制为2Pa，溅射功率为10mW。
步骤5、在步骤3得到的N型β-Ga2O3层上制作N型β-Ga2O3层上的电极5，最终形成所述基于NiFe2O4/Ga2O3的紫外光电二极管。
步骤5中在N型β-Ga2O3层上制作电极时采用磁控溅射，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0.1小时，沉积压强控制为2Pa，溅射功率为10mW，最终形成所述基于NiFe2O4/Ga2O3的紫外光电二极管。
实施例2
一种基于NiFe2O4/Ga2O3的紫外光电二极管的制备方法，流程图如图2 所示，具体按照以下步骤实施：
步骤1、对衬底1进行清洗，清洗后用氮气吹干待用；
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、在步骤1清洗后的衬底1上进行P型NiFe2O4层生长；
步骤2中衬底1上P型NiFe2O4层生长时采用磁控溅射设备，以NiFe2O4陶瓷材料为靶材，以氩气Ar和氧气O2作为溅射气体，溅射时Ar:O2比例为 5:1，衬底温度为600℃，溅射压强控制为5Pa，溅射功率控制为200W，溅射时间控制为5小时，之后将溅射得到的样品在空气环境下退火处理，退火温度为700℃，退火时间为2小时，得到P型NiFe2O4异质外延层。
步骤3、在步骤2得到的P型NiFe2O4层上的部分区域进行N型β-Ga2O3层生长；
步骤3中采用溶胶凝胶法在P型NiFe2O4层部分区域中生长N型β-Ga2O3层，其中以Ga(NO3)3xH2O作为Ga源，以乙二醇甲醚CH3OCH2CH2OH作为溶剂，以乙醇胺HOCH2CH2NH2作为稳定剂，具体如下：
步骤3.1、配置溶液：以Ga(NO3)3xH2O作为溶质，以乙二醇甲醚 CH3OCH2CH2OH作为溶剂，以乙醇胺HOCH2CH2NH2作为稳定剂，溶液浓度为0.6mol/L；
步骤3.2、将步骤3.1得到的溶液在60～70℃，恒温下搅拌3小时形成溶胶，陈化48小时后对溶胶进行过滤；
步骤3.3、将所述步3.2配置好的溶胶旋涂于P型NiFe2O4层上，旋涂时控制旋涂转速为3000rpm，旋转时间为45秒，将旋涂后得到的材料在200℃空气环境下低温热处理40分钟，然后再用快速退火炉700℃高温热处理40 分钟；
步骤3.4、加热处理后待材料在空气中冷却至室温后再进行二次旋涂及热处理，通过调整上述旋涂及热处理重复次数控制所制备的N型β-Ga2O3层的厚度；
步骤3.5、将旋涂及热处理完毕后得到的材料放置于空气环境中进行退火处理，退火温度为1000℃，退火时间3小时，得到N型β-Ga2O3层。
步骤4、在步骤2得到的P型NiFe2O4层上制作P型NiFe2O4层上的电极3；
步骤4中P型NiFe2O4层上制作电极时采用磁控溅射，首先以Ti作为溅射靶材在P型NiFe2O4异质外延层表面溅射形成Ti层，溅射时间控制为2 小时，溅射压强控制为10Pa，溅射功率控制为200W；之后以Au作为溅射靶材在Ti层表面溅射形成Au层，溅射时间控制为2小时，溅射压强控制为 4Pa，溅射功率为20mW。
步骤5、在步骤3得到的N型β-Ga2O3层上制作N型β-Ga2O3层上的电极5，最终形成所述基于NiFe2O4/Ga2O3的紫外光电二极管。
步骤5中在N型β-Ga2O3层上制作电极时采用磁控溅射，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2小时，沉积压强控制为4Pa，溅射功率为20mW，最终形成所述基于 NiFe2O4/Ga2O3的紫外光电二极管。
实施例3
一种基于NiFe2O4/Ga2O3的紫外光电二极管的制备方法，流程图如图2 所示，具体按照以下步骤实施：
步骤1、对衬底1进行清洗，清洗后用氮气吹干待用；
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、在步骤1清洗后的衬底1上进行P型NiFe2O4层生长；
步骤2中衬底1上P型NiFe2O4层生长时采用磁控溅射设备，以NiFe2O4陶瓷材料为靶材，以氩气Ar和氧气O2作为溅射气体，溅射时Ar:O2比例为 8:1，衬底温度为550℃，溅射压强控制为3Pa，溅射功率控制为150W，溅射时间控制为3小时，之后将溅射得到的样品在空气环境下退火处理，退火温度为650℃，退火时间为1小时，得到P型NiFe2O4异质外延层。
步骤3、在步骤2得到的P型NiFe2O4层上的部分区域进行N型β-Ga2O3层生长；
步骤3中采用溶胶凝胶法在P型NiFe2O4层部分区域中生长N型β-Ga2O3层，其中以Ga(NO3)3xH2O作为Ga源，以乙二醇甲醚CH3OCH2CH2OH作为溶剂，以乙醇胺HOCH2CH2NH2作为稳定剂，具体如下：
步骤3.1、配置溶液：以Ga(NO3)3xH2O作为溶质，以乙二醇甲醚 CH3OCH2CH2OH作为溶剂，以乙醇胺HOCH2CH2NH2作为稳定剂，溶液浓度为0.5mol/L；
步骤3.2、将步骤3.1得到的溶液在65℃，恒温下搅拌2.5小时形成溶胶，陈化40小时后对溶胶进行过滤；
步骤3.3、将所述步3.2配置好的溶胶旋涂于P型NiFe2O4层上，旋涂时控制旋涂转速为2800rpm，旋转时间为40秒，将旋涂后得到的材料在150℃空气环境下低温热处理20分钟，然后再用快速退火炉600℃高温热处理30 分钟；
步骤3.4、加热处理后待材料在空气中冷却至室温后再进行二次旋涂及热处理，通过调整上述旋涂及热处理重复次数控制所制备的N型β-Ga2O3层的厚度；
步骤3.5、将旋涂及热处理完毕后得到的材料放置于空气环境中进行退火处理，退火温度为800℃，退火时间2小时，得到N型β-Ga2O3层。
步骤4、在步骤2得到的P型NiFe2O4层上制作P型NiFe2O4层上的电极3；
步骤4中P型NiFe2O4层上制作电极时采用磁控溅射，首先以Ti作为溅射靶材在P型NiFe2O4异质外延层表面溅射形成Ti层，溅射时间控制为1 小时，溅射压强控制为0.1～10Pa，溅射功率控制为150W；之后以Au作为溅射靶材在Ti层表面溅射形成Au层，溅射时间控制为1小时，溅射压强控制为3Pa，溅射功率为15mW。
步骤5、在步骤3得到的N型β-Ga2O3层上制作N型β-Ga2O3层上的电极5，最终形成所述基于NiFe2O4/Ga2O3的紫外光电二极管。
步骤5中在N型β-Ga2O3层上制作电极时采用磁控溅射，首先以Ni作为靶材，沉积时间控制为1小时，沉积压强控制为5Pa，溅射功率控制为 150W；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15mW，最终形成所述基于 NiFe2O4/Ga2O3的紫外光电二极管。
实施例4
本发明一种基于NiFe2O4/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、对石英衬底进行清洗，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、采用磁控溅射方法在步骤1清洗后的石英衬底上进行P型 NiFe2O4层生长，以NiFe2O4陶瓷材料为靶材，以氩气(Ar)和氧气(O2) 作为溅射气体，溅射时Ar:O2约为10:1，衬底温度为500℃，溅射压强控制为2Pa，溅射功率控制为100W，溅射时间控制为2小时，之后将溅射得到的样品在空气环境下退火处理，退火温度为650℃，退火时间为2小时，得到P型NiFe2O4异质外延层。
步骤3、中采用溶胶凝胶法在P型NiFe2O4层部分区域中生长N型β-Ga2O3层，以Ga(NO3)3xH2O作为Ga源，以乙二醇甲醚(CH3OCH2CH2OH) 作为溶剂，以乙醇胺(HOCH2CH2NH2)作为稳定剂，具体如下：
步骤3.1、配置溶液：以Ga(NO3)3xH2O作为溶质，以乙二醇甲醚 (CH3OCH2CH2OH)作为溶剂，以乙醇胺(HOCH2CH2NH2)作为稳定剂，溶液浓度为0.3mol/L；
步骤3.2、将步骤1得到的溶液60℃恒温下搅拌两小时形成溶胶，陈化 36小时后对溶胶进行过滤；
步骤3.3、将所述步2配置好的溶胶旋涂于本征SiC同质外延层上，旋涂时控制旋涂转速为3000rpm，旋转时间为30秒，将旋涂后得到的样品在 100℃下空气环境低温热处理40分钟，然后再用快速退火炉700℃高温热处理10分钟；
步骤3.4、加热处理后待样品在空气中冷却至室温后再按照步骤3.3进行旋涂及热处理，通过调整上述旋涂及热处理重复次数控制所制备的N型β-Ga2O3层的厚度为110nm；
步骤3.5、将旋涂及热处理完毕后得到了样品放置于空气环境中进行退火处理，退火温度为800℃，退火时间2小时。
步骤4中采用磁控溅射的方法在P型NiFe2O4层上制作电极，首先以Ti 作为溅射靶材在P型NiFe2O4异质外延层表面溅射形成Ti层，溅射时间控制为1小时，溅射压强控制为2Pa，溅射功率控制为100W；之后以Au作为溅射靶材在Ti层表面溅射形成Au层，溅射时间控制为1小时，溅射压强控制为2Pa，溅射功率为10mW。
步骤5中采用磁控溅射的方法在所述N型β-Ga2O3层上制作电极，首先以Ni作为靶材在N型β-Ga2O3层表面溅射形成Ni层，溅射时间控制为1小时，溅射压强控制为4，溅射功率控制为100；之后以Au作为溅射靶材在 Ni层表面溅射形成Au层，溅射时间控制为1小时，溅射压强控制为2Pa，溅射功率为10mW。
实施例5
本发明一种基于NiFe2O4/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Al2O3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、采用磁控溅射方法在步骤1清洗后的Al2O3衬底上进行P型 NiFe2O4层生长，以NiFe2O4陶瓷材料为靶材，以氩气(Ar)和氧气(O2) 作为溅射气体，溅射时Ar:O2约为10:1，衬底温度为500℃，溅射压强控制为2Pa，溅射功率控制为100W，溅射时间控制为2小时，之后将溅射得到的样品在空气环境下退火处理，退火温度为650℃，退火时间为2小时，得到P型NiFe2O4异质外延层。
步骤3、中采用溶胶凝胶法在P型NiFe2O4层部分区域中生长N型β-Ga2O3层，以Ga(NO3)3xH2O作为Ga源，以乙二醇甲醚(CH3OCH2CH2OH) 作为溶剂，以乙醇胺(HOCH2CH2NH2)作为稳定剂，具体如下：
步骤3.1、配置溶液：以Ga(NO3)3xH2O作为溶质，以乙二醇甲醚(CH3OCH2CH2OH)作为溶剂，以乙醇胺(HOCH2CH2NH2)作为稳定剂，溶液浓度为0.3mol/L；
步骤3.2、将步骤1得到的溶液60℃恒温下搅拌两小时形成溶胶，陈化 36小时后对溶胶进行过滤；
步骤3.3、将所述步2配置好的溶胶旋涂于本征SiC同质外延层上，旋涂时控制旋涂转速为3000rpm，旋转时间为30秒，将旋涂后得到的样品在 100℃下空气环境低温热处理40分钟，然后再用快速退火炉700℃高温热处理10分钟；
步骤3.4、加热处理后待样品在空气中冷却至室温后再按照步骤3.3进行旋涂及热处理，通过调整上述旋涂及热处理重复次数控制所制备的N型β-Ga2O3层的厚度为110nm；
步骤3.5、将旋涂及热处理完毕后得到了样品放置于空气环境中进行退火处理，退火温度为800℃，退火时间2小时。
步骤4中采用磁控溅射的方法在P型NiFe2O4层上制作电极，首先以Ti 作为溅射靶材在P型NiFe2O4异质外延层表面溅射形成Ti层，溅射时间控制为1小时，溅射压强控制为2Pa，溅射功率控制为100W；之后以Au作为溅射靶材在Ti层表面溅射形成Au层，溅射时间控制为1小时，溅射压强控制为2Pa，溅射功率为10mW。
步骤5中采用磁控溅射的方法在所述N型β-Ga2O3层上制作电极，首先以Ni作为靶材在N型β-Ga2O3层表面溅射形成Ni层，溅射时间控制为1小时，溅射压强控制为4，溅射功率控制为100；之后以Au作为溅射靶材在 Ni层表面溅射形成Au层，溅射时间控制为1小时，溅射压强控制为2Pa，溅射功率为10mW。
实施例6
本发明一种基于NiFe2O4/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Al2O3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、采用磁控溅射方法在步骤1清洗后的Al2O3衬底上进行P型 NiFe2O4层生长，以NiFe2O4陶瓷材料为靶材，以氩气(Ar)和氧气(O2) 作为溅射气体，溅射时Ar:O2约为5:1，衬底温度为550℃，溅射压强控制为 2Pa，溅射功率控制为150W，溅射时间控制为2小时，之后将溅射得到的样品在空气环境下退火处理，退火温度为650℃，退火时间为2小时，得到P型NiFe2O4异质外延层。
步骤3、中采用溶胶凝胶法在P型NiFe2O4层部分区域中生长N型β-Ga2O3层，以Ga(NO3)3xH2O作为Ga源，以乙二醇甲醚(CH3OCH2CH2OH) 作为溶剂，以乙醇胺(HOCH2CH2NH2)作为稳定剂，具体如下：
步骤3.1、配置溶液：以Ga(NO3)3xH2O作为溶质，以乙二醇甲醚 (CH3OCH2CH2OH)作为溶剂，以乙醇胺(HOCH2CH2NH2)作为稳定剂，溶液浓度为0.4mol/L；
步骤3.2、将步骤1得到的溶液60℃恒温下搅拌两小时形成溶胶，陈化 36小时后对溶胶进行过滤；
步骤3.3、将所述步2配置好的溶胶旋涂于本征SiC同质外延层上，旋涂时控制旋涂转速为3000rpm，旋转时间为30秒，将旋涂后得到的样品在 150℃下空气环境低温热处理30分钟，然后再用快速退火炉600℃高温热处理25分钟；
步骤3.4、加热处理后待样品在空气中冷却至室温后再按照步骤3.3进行旋涂及热处理，通过调整上述旋涂及热处理重复次数控制所制备的N型β-Ga2O3层的厚度为150nm；
步骤3.5、将旋涂及热处理完毕后得到了样品放置于空气环境中进行退火处理，退火温度为800℃，退火时间2小时。
步骤4中采用磁控溅射的方法在P型NiFe2O4层上制作电极，首先以Ti 作为溅射靶材在P型NiFe2O4异质外延层表面溅射形成Ti层，溅射时间控制为1小时，溅射压强控制为2Pa，溅射功率控制为100W；之后以Au作为溅射靶材在Ti层表面溅射形成Au层，溅射时间控制为1小时，溅射压强控制为2Pa，溅射功率为10mW。
步骤5中采用磁控溅射的方法在所述N型β-Ga2O3层上制作电极，首先以Ni作为靶材在N型β-Ga2O3层表面溅射形成Ni层，溅射时间控制为1小时，溅射压强控制为4，溅射功率控制为100；之后以Au作为溅射靶材在 Ni层表面溅射形成Au层，溅射时间控制为1小时，溅射压强控制为2Pa，溅射功率为10mW。
实施例7
本发明一种基于NiFe2O4/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Al2O3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、采用磁控溅射方法在步骤1清洗后的Al2O3衬底上进行P型 NiFe2O4层生长，以NiFe2O4陶瓷材料为靶材，以氩气(Ar)和氧气(O2) 作为溅射气体，溅射时Ar:O2约为5:1，衬底温度为550℃，溅射压强控制为2Pa，溅射功率控制为150W，溅射时间控制为2小时，之后将溅射得到的样品在空气环境下退火处理，退火温度为650℃，退火时间为2小时，得到P 型NiFe2O4异质外延层。
步骤3、中采用溶胶凝胶法在P型NiFe2O4层部分区域中生长N型β-Ga2O3层，以Ga(NO3)3xH2O作为Ga源，以乙二醇甲醚(CH3OCH2CH2OH) 作为溶剂，以乙醇胺(HOCH2CH2NH2)作为稳定剂，具体如下：
步骤3.1、配置溶液：以Ga(NO3)3xH2O作为溶质，以乙二醇甲醚 (CH3OCH2CH2OH)作为溶剂，以乙醇胺(HOCH2CH2NH2)作为稳定剂，溶液浓度为0.6mol/L；
步骤3.2、将步骤1得到的溶液60℃恒温下搅拌两小时形成溶胶，陈化 36小时后对溶胶进行过滤；
步骤3.3、将所述步2配置好的溶胶旋涂于本征SiC同质外延层上，旋涂时控制旋涂转速为3000rpm，旋转时间为30秒，将旋涂后得到的样品在 200℃下空气环境低温热处理20分钟，然后再用快速退火炉600℃高温热处理25分钟；
步骤3.4、加热处理后待样品在空气中冷却至室温后再按照步骤3.3进行旋涂及热处理，通过调整上述旋涂及热处理重复次数控制所制备的N型β-Ga2O3层的厚度为150nm；
步骤3.5、将旋涂及热处理完毕后得到了样品放置于空气环境中进行退火处理，退火温度为800℃，退火时间2小时。
步骤4中采用磁控溅射的方法在P型NiFe2O4层上制作电极，首先以Ti 作为溅射靶材在P型NiFe2O4异质外延层表面溅射形成Ti层，溅射时间控制为1小时，溅射压强控制为4Pa，溅射功率控制为150W；之后以Au作为溅射靶材在Ti层表面溅射形成Au层，溅射时间控制为1小时，溅射压强控制为3Pa，溅射功率为15mW。
步骤5中采用磁控溅射的方法在所述N型β-Ga2O3层上制作电极，首先以Ni作为靶材在N型β-Ga2O3层表面溅射形成Ni层，溅射时间控制为1小时，溅射压强控制为4，溅射功率控制为100；之后以Au作为溅射靶材在 Ni层表面溅射形成Au层，溅射时间控制为1小时，溅射压强控制为3Pa，溅射功率为15mW。
Claims (1)
1.一种基于NiFe2O4/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、对衬底(1)进行清洗，清洗后用氮气吹干待用；
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；
步骤2、在步骤1清洗后的衬底(1)上进行P型NiFe2O4层生长；
所述步骤2中衬底(1)上P型NiFe2O4层生长时采用磁控溅射设备，以NiFe2O4陶瓷材料为靶材，以氩气Ar和氧气O2作为溅射气体，溅射时Ar:O2比例为10:1～5:1，衬底温度为500～600℃，溅射压强控制为0.5～5Pa，溅射功率控制为100～200W，溅射时间控制为0.1～5小时，之后将溅射得到的样品在空气环境下退火处理，退火温度为600～700℃，退火时间为0.5～2小时，得到P型NiFe2O4异质外延层；
步骤3、在步骤2得到的P型NiFe2O4层上的部分区域进行N型β-Ga2O3层生长；
所述步骤3中采用溶胶凝胶法在P型NiFe2O4层部分区域中生长N型β-Ga2O3层，其中以Ga(NO3)3xH2O作为Ga源，以乙二醇甲醚CH3OCH2CH2OH作为溶剂，以乙醇胺HOCH2CH2NH2作为稳定剂，具体如下：
步骤3.1、配置溶液：以Ga(NO3)3xH2O作为溶质，以乙二醇甲醚CH3OCH2CH2OH作为溶剂，以乙醇胺HOCH2CH2NH2作为稳定剂，溶液浓度为0.3～0.6mol/L；
步骤3.2、将步骤3.1得到的溶液在60～70℃，恒温下搅拌2～3小时形成溶胶，陈化36～48小时后对溶胶进行过滤；
步骤3.3、将所述步3.2配置好的溶胶旋涂于P型NiFe2O4层上，旋涂时控制旋涂转速为2500～3000rpm，旋转时间为30～45秒，将旋涂后得到的材料在100～200℃空气环境下低温热处理10～40分钟，然后再用快速退火炉500～700℃高温热处理10～40分钟；
步骤3.4、加热处理后待材料在空气中冷却至室温后再进行二次旋涂及热处理，通过调整上述旋涂及热处理重复次数控制所制备的N型β-Ga2O3层的厚度；
步骤3.5、将旋涂及热处理完毕后得到的材料放置于空气环境中进行退火处理，退火温度为600℃～1000℃，退火时间1～3小时，得到N型β-Ga2O3层；
步骤4、在步骤2得到的P型NiFe2O4层上制作P型NiFe2O4层上的电极(3)；
所述步骤4中P型NiFe2O4层上制作电极时采用磁控溅射，首先以Ti作为溅射靶材在P型NiFe2O4异质外延层表面溅射形成Ti层，溅射时间控制为0.1～2小时，溅射压强控制为0.1～10Pa，溅射功率控制为100～200W；之后以Au作为溅射靶材在Ti层表面溅射形成Au层，溅射时间控制为0.1～2小时，溅射压强控制为2～4Pa，溅射功率为10～20mW；
步骤5、在步骤3得到的N型β-Ga2O3层上制作N型β-Ga2O3层上的电极(5)，最终形成所述基于NiFe2O4/Ga2O3的紫外光电二极管；
所述步骤5中在N型β-Ga2O3层上制作电极时采用磁控溅射，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，最终形成所述基于NiFe2O4/Ga2O3的紫外光电二极管；
所述基于NiFe2O4/Ga2O3的紫外光电二极管，包括衬底(1)，衬底(1)上形成有P型NiFe2O4层(2)，P型NiFe2O4层(2)的部分区域上形成有N型β-Ga2O3层(4)，N型β-Ga2O3层(4)上为N型β-Ga2O3层上的电极(5)，P型NiFe2O4层(2)的另外部分区域上形成有P型NiFe2O4层上的电极(3)，所述P型NiFe2O4层上的电极(3)和N型β-Ga2O3层上的电极(5)材料均为Au、Al、Ni、Ti、Cu、Pb金属材料中的一种，或者包含上述金属材料的合金或ITO导电性化合物，所述衬底(1)为Al2O3、石英、绝缘MgO或者绝缘SrTiO3衬底，所述N型β-Ga2O3层(4)厚度为100～200nm，掺杂浓度为1015～1016cm-3，所述P型NiFe2O4层(2)厚度为100～200nm，载流子浓度为1017～1018cm-3。
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