CN114823930A - 基于MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器及其制备方法 - Google Patents

基于MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器及其制备方法，解决现有非晶氧化镓日盲紫外探测器中缺陷较多，导致器件响应时间慢，且无法在高温环境下工作的问题，非晶Ga2O3日盲紫外探测器通过制备衬底工艺、紫外光刻技术处理工艺及原子层沉积设备处理工艺得到；且在进行原子层沉积设备处理工艺时，分别采用(环戊二烯基)镁、TEG和氧气作为Mg源、Ga源和O源；制备方法，首先将大块的原材料经切割和清洗得到1×1cm2大小的衬底；然后将衬底采用负胶光刻法制备叉指电极图案，再采用双源电子束物理气相沉积法制备金电极于衬底上表面形成初品；最后将初品采用等离子体增强原子层沉积法沉积MgO钝化层薄膜和非晶Ga2O3薄膜于衬底与叉指电极上表面。

Description

基于MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器及其制备方法
技术领域
本发明涉及紫外探测技术领域，具体地说，是基于MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器及其制备方法。
背景技术
在过去的几年里，大多数Ga2O3 DUV日盲光电探测器都是基于β-Ga2O3单斜晶片，通过分子束外延(MBE)、化学气相沉积(CVD)或脉冲激光沉积(PLD)工艺在蓝宝石衬底上外延生长。日盲光检测特性主要取决于β-Ga2O3薄膜的结晶质量，其结晶质量受衬底热点阵匹配、生长温度、沉积速率和退火条件的影响。参考【1】为{Ramana C,Rubio E,Barraza C,Gallardo A,McPeak S,Kotru S and Grant J 2014Chemical bonding,opticalconstants,and electrical resistivity of sputter-deposited gallium oxide thinfilms.J.Appl.Phys.115043508.}在基于β-Ga2O3薄膜的光电探测器中，可以通过在β-Ga2O3薄膜中引入氧空位来实现高响应率。然而，氧空位的存在也导致了极慢的几秒钟的反应时间。此外，β-Ga2O3单斜相的形成需要较高的加工温度(>650℃)，导致热收支急剧增加，限制了衬底的选择。参考【2】为{Guo D,Wu Z,An Y,Guo X,Chu X,Sun C,Li L,Li P.and Tang W2014Oxygen vacancy tuned Ohmic-Schottky conversion for enhanced performanceinβ-Ga2O3 solar-blind ultraviolet photodetectors.Appl.Phys.Lett.105023507.}、参考【3】为{Yu F-P,Ou S-L and Wuu D-S 2015Pulsed laser deposition of galliumoxide films for high performance solar-blind photodetectors.Opt.Mater.Express51240-1249.}、参考【4】为{Zhang D,Zheng W,Lin R,Li T,Zhang Z and Huang F2018High qualityβ-Ga2O3 film grown with N2O for high sensitivity solar-blind-ultraviolet photodetector with fast response speed.J.Alloy.Compd.735150-154.}、参考【5】为{Peng Y,Zhang Y,Chen Z,Guo D,Zhang X,Li P,Wu Z and Tang W2018Arrays of Solar-Blind Ultraviolet Photodetector Based onβ-Ga2O3 EpitaxialThin Films.IEEE Photon.Technol.Lett.30993-996.}相比之下，非晶a-Ga2O3薄膜可以通过相对简单的物理和化学气相沉积方法(如射频溅射和原子层沉积(ALD)在几乎任何衬底上在低生长温度下沉积。参考【6】为{Zhu W,Xiong L,Si J,Hu Z,Gao X,Long L and Li T2020Wan,R.；Zhang,L.；Wang,L.Influence of deposition temperature on amorphousGa2O3 solar-blind ultraviolet photodetector.Semicond.Sci.Technol.35055037.}、参考【7】为{Zhou H,Cong L,Ma J,Li B,Chen M,Xu H and Liu Y 2019High gainbroadband photoconductor based on amorphous Ga2O3 and suppression ofpersistent photoconductivity.J.Mater.Chem.C 713149-13155.}、参考【8】为{Lee S,Kim S,Moon Y-J,Kim S,Jung H,Seo M,Lee K,Kim S-K and Lee S 2017High-responsivity deep-Ultraviolet-selective photodetectors using ultrathingallium oxide films.ACS Photonics 42937-2943.}、参考【9】为{Wang Y,Li H,Cao J,Shen J,Zhang Q,Yang Y,Dong Z,Zhou T,Zhang Y,Tang W and Wu Z2021Ultrahigh gainsolar blin avalanche photodetector using an amorphous Ga2O3-basedheterojunction.ACS Nano 1516654-16663.}与射频溅射相比，ALD具有厚度控制精确、一致性高、台阶覆盖和均匀性好等优点，可用于制备超薄层。此外，几乎所有采用ALD方法制备的a-Ga2O3薄膜都具有良好的光电性能，这是实现高性能太阳盲光电探测的重要因素。此外，钝化层的引入有利于降低材料的界面缺陷，从而提升探测器的响应度以及响应时间。
发明内容
本发明的目的在于设计基于MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器及其制备方法，所述非晶Ga2O3日盲紫外探测器为一种基于等离子体增强原子层沉积(PE-ALD)的非晶a-Ga2O3薄膜的高响应性和快速响应时间的太阳盲光电探测器；所述制备方法在制备时，由于PE-ALD法的处理温度较低(250℃)，可以将MgO钝化层与a-Ga2O3薄膜直接沉积在预制的Au间指电极上，从而消除了器件后制作过程中a-Ga2O3薄膜污染的可能性。
本发明通过下述技术方案实现：基于MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器，所述非晶Ga2O3日盲紫外探测器通过制备石英衬底工艺、紫外光刻技术处理工艺及原子层沉积设备处理工艺得到；且在进行原子层沉积设备处理工艺时，分别采用(环戊二烯基)镁、三乙基镓(TEG)和氧气作为Mg源、Ga源和O源。
进一步的，所述非晶Ga2O3日盲紫外探测器包括衬底、叉指电极、MgO钝化层薄膜和非晶Ga2O3薄膜层，所述叉指电极设置于衬底上表面，所述衬底与叉指电极被MgO钝化层薄膜完全覆盖，所述非晶Ga2O3薄膜层完全覆盖衬底、叉指电极、MgO钝化层薄膜。
进一步的，所述MgO钝化层薄膜的厚度为1-5nm。
进一步的，所述非晶Ga2O3薄膜层的厚度为100-150nm。
进一步的，所述衬底采用石英、Si、蓝宝石(Al2O3)等任一种材料，优选的采用石英作为衬底材料。
进一步的为更好地实现本发明所述的基于MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器，特别采用下述设置方式：所述制备衬底工艺包括下述步骤：
1.1)将大块的作为衬底的原材料切割成1×1cm2大小，形成衬底；
1.2)将切割好的衬底装入石英管中，加入肥皂水超声清洗15-30min；
1.3)用去离子水冲干净石英管中的肥皂水，然后用去离子水超声清洗两-四次，单次15-30min；
1.4)经步骤1.3)后，先后利用丙酮、乙醇分别进行超声清洗15-30min；
1.5)用高纯氮气气枪将衬底吹干。
进一步的为更好地实现本发明所述的基于MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器，特别采用下述设置方式：所述紫外光刻技术处理工艺包括下述步骤：
2.1)预处理，将步骤1)所得衬底放置在加热台上在110-120℃条件下加热5-10min；
2.2)匀胶，首先在500～600r/min，持续5～7s的低速旋转，然后上升为4000～4500r/min，持续60～65s的高速旋转，从而使得光刻胶在衬底表面形成均匀的薄膜；
2.3)前烘，对步骤2.2)所得在基板加热温度为90～95℃条件下加热1～2min；
2.4)经43.5～47.5s曝光后，在基板加热温度为95～100℃条件下加热2～3min；
2.5)将步骤2.4)所得进行40～60s左右显影；
2.6)镀膜，经步骤2.5)后，采用双源电子束物理气相沉积法制备金电极；
2.7)镀膜完成后，使用去胶液将其表面的光刻胶清洗干净，随后用酒精和去离子水清洗，并吹干，得初品。
进一步的为更好地实现本发明所述的基于MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器，特别采用下述设置方式：所述原子层沉积设备处理工艺具体为：将经紫外光刻技术处理后所得放入原子层沉积设备中，在反应的基底温度设置为200-250℃，载气为高纯氮气，(环戊二烯基)镁(MgCp2)作为Mg源、三乙基镓(TEG)作为Ga源、氧气作为O源的条件下进行反应，得非晶Ga2O3日盲紫外探测器。
基于MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器制备方法，包括下述步骤：
1)将大块的作为衬底的原材料经切割和清洗得到1×1cm2大小的衬底备用；
2)叉指电极制备：将步骤1)所得的衬底采用负胶光刻法制备叉指电极图案，再采用双源电子束物理气相沉积法制备金电极于衬底上表面形成初品；
3)MgO钝化层薄膜及非晶Ga2O3薄膜制备：将初品采用等离子体增强原子层沉积(PE-ALD)法依次沉积MgO钝化层薄膜和非晶Ga2O3薄膜于衬底与叉指电极上表面得到非晶Ga2O3日盲紫外探测器。
进一步的为更好地实现本发明所述的基于MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器制备方法，特别采用下述设置方式：所述步骤1)包括下述步骤：
1.1)将大块的作为衬底的原材料切割成1×1cm2大小，形成衬底；
1.2)将切割好的衬底装入石英管中，加入肥皂水超声清洗15-30min；
1.3)用去离子水冲干净石英管中的肥皂水，然后用去离子水超声清洗两-四次，单次15-30min；
1.4)经步骤1.3)后，先后利用丙酮、乙醇分别进行超声清洗15-30min；
1.5)用高纯氮气气枪将衬底吹干。
进一步的为更好地实现本发明所述的基于MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器制备方法，特别采用下述设置方式：所述步骤2)包括下述步骤：
2.1)预处理，将衬底置于加热台上，在加热温度为110-120℃条件下加热5-10min；
2.2)匀胶，首先在500～600r/min，持续5～7s的低速旋转，然后上升为4000～4500r/min，持续60～65s的高速旋转，从而使得光刻胶在衬底表面形成均匀的薄膜；
2.3)前烘，对步骤2.2)所得在基板加热温度为90～95℃条件下加热1～2min；
2.4)经43.5～47.5s曝光后，在基板加热温度为95～100℃条件下加热2-3min；
2.5)将步骤2.4)所得进行40-60s显影；
2.6)镀膜，经步骤2.5)后，采用双源电子束物理气相沉积法制备金电极；
2.7)镀膜完成后，使用去胶液将其表面的光刻胶清洗干净，随后用酒精和去离子水清洗，并吹干，得初品。
进一步的为更好地实现本发明所述的基于MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器制备方法，特别采用下述设置方式：所述步骤3)包括下述步骤：
3.1)将初品放入原子层沉积设备中，并将反应的基底温度升温至200～250℃；
3.2)在反应腔内注入MgCp2，持续时间0.5-1s；
3.3)经步骤3.2)后持续5-10s的N2吹扫；
3.4)注入O2等离子体，持续时间10-15s；
3.5)再次持续5-10s的N2吹扫；
3.6)循环步骤3.2)～步骤3.5)，重复10～50个循环，使得衬底上形成厚度为1-5nm的MgO钝化层薄膜；
3.7)继续在反应腔内注入TEG，持续时间0.5-1s；
3.8)经步骤3.7)后持续5-10s的N2吹扫；
3.9)注入O2等离子体，持续时间10-15s；
3.10)再次持续5-10s的N2吹扫；
3.11)循环步骤3.7)～步骤3.10)，循环次数1500-2500次左右或持续时间13-16h左右，得非晶Ga2O3薄膜厚度为100-150nm的非晶Ga2O3日盲紫外探测器。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
本发明所述MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器，提高了器件的响应时间以及响应度，同时可以使得器件适应恶劣条件下的稳定工作(高温)。
本发明所述MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器由于引入MgO钝化层进一步提高a-Ga2O3基日盲紫外探测器性能，其MgO钝化层对于a-Ga2O3基日盲紫外探测器响应度、响应时间、波长选择性等性能得到极好的提升。
本发明所述MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器，随着测试温度的升高，器件的性能并未受到影响，暗电流的上升主要是由于加热台加热温度的上升对测试系统产生了较大影响，出现了干扰。而光电流十分稳定，器件表现出了在高温条件下稳定的探测性能。
本发明解决现有非晶氧化镓日盲紫外探测器中缺陷较多，导致器件响应时间慢(>1s),且无法在高温环境下工作的问题。
附图说明
图1为本发明中基于MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器的结构示意图。
图2为本发明实施例中基于MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器的I-V曲线。
图3为本发明实施例中基于MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器的响应度曲线。
图4为本发明实施例中基于MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器的周期瞬态响应曲线。
图5为本发明实施例中基于MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器的单周期瞬态响应曲线。
图6为本发明实施例中基于MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器的光谱响应曲线
图7为本发明实施例中基于MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器高温条件下测试的I-V曲线。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
值得注意的是：在本申请中，某些需要应用到本领域的公知技术或常规技术手段时，申请人可能存在没有在文中具体的阐述该公知技术或/和常规技术手段是一种什么样的技术手段，但不能以文中没有具体公布该技术手段，而认为本申请不符合专利法第二十六条第三款的情况。
实施例1：
基于MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器，为一种基于等离子体增强原子层沉积(PE-ALD)的非晶a-Ga2O3薄膜的高响应性和快速响应时间的太阳盲光电探测器，通过制备衬底工艺、紫外光刻技术(优选采用接触式紫外光刻机)处理工艺及原子层沉积设备(优选采用Picsun 200R型等离子体增强原子层沉积设备)处理工艺得到；且在进行原子层沉积设备处理时，分别采用(环戊二烯基)镁(MgCp2)、三乙基镓(TEG)和氧气作为Mg源、Ga源和O源，即在进行制备是，利用(环戊二烯基)镁、TEG和氧气分别作为Ga(镓)源和O(氧)源的反应前驱体送入原子层沉积设备的反应腔中，其所得的非晶Ga2O3日盲紫外探测器能够解决现有非晶氧化镓日盲紫外探测器中缺陷较多，导致器件响应时间慢(>1s),且无法在高温环境下工作的问题。
如图1所示，所述非晶Ga2O3日盲紫外探测器的具体结构包括衬底、叉指电极、MgO钝化层薄膜和非晶Ga2O3薄膜层，所述叉指电极设置于衬底上表面，所述衬底与叉指电极被MgO钝化层薄膜完全覆盖，所述非晶Ga2O3薄膜层完全覆盖衬底、叉指电极、MgO钝化层薄膜。
进一步的，所述MgO钝化层薄膜的厚度为1-5nm。
进一步的，所述非晶Ga2O3薄膜层的厚度为100-150nm。
进一步的，所述衬底采用石英、Si、蓝宝石(Al2O3)等任一种材料，优选的采用石英作为衬底材料。
实施例2：
本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，与前述技术方案相同部分在此将不再赘述，进一步的为更好地实现本发明所述的基于MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器，特别采用下述设置方式：所述制备衬底工艺包括下述步骤：
1.1)将大块的作为衬底的原材料切割成1×1cm2大小，形成衬底；
1.2)将切割好的衬底装入石英管中，加入肥皂水超声清洗15-30min(优选为15min)；
1.3)用去离子水冲干净石英管中的肥皂水，然后用去离子水超声清洗两-四次(优选为2次)，单次15-30min(优选为15min)；
1.4)经步骤1.3)后，先后利用丙酮、乙醇分别进行超声清洗15-30min(优选为15min)；
1.5)用高纯氮气气枪将衬底吹干。
实施例3：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，与前述技术方案相同部分在此将不再赘述，进一步的为更好地实现本发明所述的基于MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器，特别采用下述设置方式：所述紫外光刻技术处理工艺包括下述步骤：
2.1)预处理，将步骤1)所得衬底放置在加热台上在110-120℃(优选为110℃)条件下加热5-10min(优选为5min)，去除衬底表面残留的水汽，防止影响光刻胶与衬底之间的粘结性；
2.2)匀胶，在匀胶时，转速分两步完成，首先在500～600r/min(优选为500r/min)，持续5～7s(优选为5s)的低速旋转，然后上升为4000～4500r/min(优选为4000r/min)，持续60～65s(优选为60s)的高速旋转，从而使得光刻胶在衬底表面形成均匀的薄膜；
2.3)前烘，对步骤2.2)所得在基板加热温度为90～95℃(优选为90℃)条件下加热1～2min(优选为1min)，完成前烘处理；
2.4)经前烘处理后，对其进行43.5～47.5s(优选为43.5s)曝光，而后在基板加热温度为95～100℃(优选为95℃)条件下加热2～3min(优选为2min)，完成中烘处理；
2.5)经中烘处理后，进行40～60s(优选为40s)左右显影，在显影时，时长可根据当时的实验室湿度等环境因素在此基础上做微小调整；
2.6)镀膜，经步骤2.5)后，采用双源电子束物理气相沉积法制备金电极；
2.7)镀膜完成后，使用去胶液将其表面的光刻胶清洗干净，随后用酒精和去离子水清洗，并吹干，得初品。
实施例4：
本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，与前述技术方案相同部分在此将不再赘述，进一步的为更好地实现本发明所述的基于MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器，特别采用下述设置方式：所述原子层沉积设备处理工艺具体为：将经紫外光刻技术处理后所得放入原子层沉积设备中，在反应的基底温度设置为200～250℃(优选为200℃)，载气为高纯氮气，(环戊二烯基)镁(MgCp2)作为Mg源、三乙基镓(TEG)作为镓(Ga)源(三乙基镓的源瓶温度保持在室温(25度))、氧气作为O源(即MgCp2、TEG、O2分别作为反应前驱体送入反应腔)的条件下进行反应，得基于MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器。
实施例5：
基于MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器制备方法，在制备时，由于PE-ALD法的处理温度较低(250℃)，可以将MgO钝化层与a-Ga2O3薄膜直接沉积在预制的Au间指电极上，从而消除了器件后制作过程中a-Ga2O3薄膜污染的可能性，包括下述步骤：
1)将大块的作为衬底的原材料(优选采用石英材料)经切割和清洗得到1×1cm2大小的衬底备用；
2)叉指电极制备：将步骤1)所得的衬底采用负胶光刻法制备叉指电极图案，再采用双源电子束物理气相沉积法制备金电极于衬底上表面形成初品；
3)MgO钝化层薄膜及非晶Ga2O3薄膜制备：将初品采用等离子体增强原子层沉积(PE-ALD)法依次沉积MgO钝化层薄膜和非晶Ga2O3薄膜于衬底与叉指电极上表面得到非晶Ga2O3日盲紫外探测器。
实施例6：
本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，与前述技术方案相同部分在此将不再赘述，进一步的为更好地实现本发明所述的基于MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器制备方法，特别采用下述设置方式：所述步骤1)包括下述步骤：
1.1)将大块的作为衬底的原材料切割成1×1cm2大小，形成衬底；
1.2)将切割好的衬底装入石英管中，加入肥皂水超声清洗15-30min(优选为15min)；
1.3)用去离子水冲干净石英管中的肥皂水，然后用去离子水超声清洗两-四次(优选为2次)，单次15-30min(优选为15min)；
1.4)经步骤1.3)后，先后利用丙酮、乙醇分别进行超声清洗15-30min(优选为15min)；
1.5)用高纯氮气气枪将衬底吹干。
实施例7：
本实施例是在实施例5或6的基础上进一步优化，与前述技术方案相同部分在此将不再赘述，进一步的为更好地实现本发明所述的基于MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器制备方法，特别采用下述设置方式：所述步骤2)包括下述步骤：
2.1)预处理，将衬底置于加热台上，在加热温度为110-120℃(优选为110℃)条件下加热5-10min(优选为5min)；
2.2)匀胶，首先在500～600r/min(优选为500r/min)，持续5～7s(优选为5s)的低速旋转，然后上升为4000～4500r/min(优选为4000r/min)，持续60～65s(优选为60s)的高速旋转，从而使得光刻胶在衬底表面形成均匀的薄膜；
2.3)前烘，对步骤2.2)所得在基板加热温度为90～95℃(优选为90输送到)条件下加热1～2min(优选为1min)，完成前烘处理；
2.4)经前烘处理后，对其进行43.5～47.5s(优选为43.5s)曝光，而后在基板加热温度为95～100℃(优选为95℃)条件下加热2～3min(优选为2min)，完成中烘处理；
2.5)经中烘处理后，进行40～60s(优选为40s)左右显影，在显影时，时长可根据当时的实验室湿度等环境因素在此基础上做微小调整；
2.6)镀膜，经步骤2.5)后，采用双源电子束物理气相沉积法制备金电极；
2.7)镀膜完成后，使用去胶液将其表面的光刻胶清洗干净，随后用酒精和去离子水清洗，并吹干，得初品。
实施例8：
本实施例是在实施例5或6或7的基础上进一步优化，与前述技术方案相同部分在此将不再赘述，进一步的为更好地实现本发明所述的基于MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器制备方法，特别采用下述设置方式：所述步骤3)包括下述步骤：
3.1)将初品放入原子层沉积设备中，并将反应的基底温度升温至200～250℃(优选为200℃)；
3.2)在反应腔内注入MgCp2，持续时间0.5-1s(优选为0.5s)；
3.3)经步骤3.2)后持续5-10s(优选为5s)的N2吹扫；
3.4)注入O2等离子体，持续时间10-15s(优选为12s)；
3.5)再次持续5-10s的N2吹扫(优选为5s)；
3.6)循环步骤3.2)～步骤3.5)，重复10～50个循环，使得衬底上形成厚度为1-5nm的MgO钝化层薄膜；
3.7)继续在反应腔内注入TEG，持续时间0.5-1s(优选为0.5s)；
3.8)经步骤3.7)后持续5-10s(优选为5s)的N2吹扫；
3.9)注入O2等离子体，持续时间10-15s(优选为12s)；
3.10)再次持续5-10s(优选为5s)的N2吹扫；
3.11)循环步骤3.7)～步骤3.10)，循环次数1500-2500次(优选为2000次)左右或持续时间13-16h(优选为13h)左右，得非晶Ga2O3薄膜厚度为100-150nm(优选为100nm)的非晶Ga2O3日盲紫外探测器。
对本实施例制备所得的非晶Ga2O3日盲紫外探测器进行测试，测试结果如图2～图7所示。
具体而言，对非晶Ga2O3日盲紫外探测器进行了I-V曲线测试，测试结果如图2所示，a-Ga2O3/MgO/Au(基于MgO钝化的非晶Ga2O3)日盲紫外探测器的光电流和暗电流在254nm、光强为310μw/cm2的紫外灯下测试，在10V的偏压下，探测器的光电流(Ilight)约为89.1nA，从而可以看出光电流与暗电流的比值(Ilight/Idark)超过了1.9×105。利用I-V曲线，通过响应度计算公式计算得到器件响应度在10V偏压下为788A/W，如图3所示。a-Ga2O3/MgO/Au日盲紫外探测器的周期瞬态响应曲线如图4所示，从图中可以看出器件展现出来了很好的可重复性与工作稳定性。如图5所示基于MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器的单周期瞬态响应曲线，通过控制开关器件在0.2s内的开关，器件的光电流展现出了快速的上升和下降时间，上升时间和下降时间分别为32ms和6ms，这一性能也超过了大多数其它已经报道的a-Ga2O3基日盲紫外探测器。a-Ga2O3/MgO/Au日盲紫外探测器的光谱响应如图6所示，在图中展示了在日盲区域的清晰地截至边。R230nm/R290nm的截止比高达2×104，展现了器件对于日盲探测优秀的波长选择性。高响应度，快速的响应时间以及优秀的波长选择性证明了PE-ALD制备得到的MgO钝化的a-Ga2O3薄膜存在较少的缺陷态，是用来制备日盲紫外探测器的理想材料。
为了验证器件在恶劣条件(高温)下的工作状态，我们分别测试了器件在室温(323K)，373K以及423K下的254nm，光强为130μw/cm2的紫外灯照射下的I-V特征曲线以及稳定性测试，测试结果如图7所示。从图中我们不难发现，随着测试温度的升高，器件的性能并未受到影响，暗电流的上升主要是由于加热台加热温度的上升对测试系统产生了较大影响，出现了干扰。而光电流十分稳定，器件表现出了在高温条件下稳定的探测性能。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器，其特征在于：所述非晶Ga2O3日盲紫外探测器通过制备衬底工艺、紫外光刻技术处理工艺及原子层沉积设备处理工艺得到；且在进行原子层沉积设备处理工艺时，分别采用(环戊二烯基)镁、三乙基镓 (TEG)和氧气作为Mg源、Ga源和O源。
2.根据权利要求1所述的基于MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器，其特征在于：所述制备衬底工艺包括下述步骤：
1.1）将大块的作为衬底的原材料切割成1×1cm2大小，形成衬底；
1.2）将切割好的衬底装入石英管中，加入肥皂水超声清洗15-30min；
1.3）用去离子水冲干净石英管中的肥皂水，然后用去离子水超声清洗两-四次，单次15-30min；
1.4）经步骤1.3）后，先后利用丙酮、乙醇分别进行超声清洗15-30min；
1.5）用高纯氮气气枪将衬底吹干。
3.根据权利要求2所述的基于MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器，其特征在于：所述紫外光刻技术处理工艺包括下述步骤：
2.1）预处理，将步骤1）所得衬底放置在加热台上在110-120℃条件下加热5-10min；
2.2）匀胶，首先在500~600r/min，持续5~7s的低速旋转，然后上升为4000~4500r/min，持续60~65s的高速旋转，从而使得光刻胶在衬底表面形成均匀的薄膜；
2.3）前烘，对步骤2.2）所得在基板加热温度为90~95℃条件下加热1~2min；
2.4）经43.5~47.5s曝光后，在基板加热温度为95~100℃条件下加热2~3min；
2.5）将步骤2.4）所得进行40~60s左右显影；
2.6）镀膜，经步骤2.5）后，采用双源电子束物理气相沉积法制备金电极；
2.7）镀膜完成后，使用去胶液将其表面的光刻胶清洗干净，随后用酒精和去离子水清洗，并吹干，得初品。
4.根据权利要求1所述的基于MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器，其特征在于：所述原子层沉积设备处理工艺具体为：将经紫外光刻技术处理后所得放入原子层沉积设备中，在反应的基底温度设置为200-250℃，载气为高纯氮气，(环戊二烯基)镁作为Mg源、TEG(三乙基镓)作为Ga源、氧气作为O源的条件下进行反应，得非晶Ga2O3日盲紫外探测器。
5.根据权利要求1~4任一项所述的基于MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器，其特征在于：所述衬底采用石英、Si、蓝宝石中的任一种。
6.如权利要求1~5任一项所述的基于MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器制备方法，其特征在于：包括下述步骤：
1）将大块的作为衬底的原材料经切割和清洗得到1×1cm2大小的衬底备用；
2）将步骤1）所得的衬底采用负胶光刻法制备叉指电极图案，再采用双源电子束物理气相沉积法制备金电极于衬底上表面形成初品；
3）将初品采用等离子体增强原子层沉积法依次沉积MgO钝化层薄膜和非晶Ga2O3薄膜于衬底与叉指电极上表面得到非晶Ga2O3日盲紫外探测器。
7.根据权利要求6所述的基于MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器制备方法，其特征在于：所述步骤1）包括下述步骤：
1.1）将大块的作为衬底的原材料切割成1×1 cm2大小，形成衬底；
1.2）将切割好的衬底装入石英管中，加入肥皂水超声清洗15-30min；
1.3）用去离子水冲干净石英管中的肥皂水，然后用去离子水超声清洗两-四次，单次15-30min；
1.4）经步骤1.3）后，先后利用丙酮、乙醇分别进行超声清洗15-30min；
1.5）用高纯氮气气枪将衬底吹干。
8.根据权利要求6或7所述的基于MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器制备方法，其特征在于：所述步骤2）包括下述步骤：
2.1）预处理，将衬底置于加热台上，在加热温度为110-120℃条件下加热5-10min；
2.2）匀胶，首先在500~600r/min，持续5~7s的低速旋转，然后上升为4000~4500r/min，持续60~65s的高速旋转，从而使得光刻胶在衬底表面形成均匀的薄膜；
2.3）前烘，对步骤2.2）所得在基板加热温度为90~95℃条件下加热1~2min；
2.4）经43.5~47.5s曝光后，在基板加热温度为95~100℃条件下加热2-3min；
2.5）将步骤2.4）所得进行40-60s显影；
2.6）镀膜，经步骤2.5）后，采用双源电子束物理气相沉积法制备金电极；
2.7）镀膜完成后，使用去胶液将其表面的光刻胶清洗干净，随后用酒精和去离子水清洗，并吹干，得初品。
9.根据权利要求8所述的基于MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器制备方法，其特征在于：所述步骤3）包括下述步骤：
3.1）将初品放入原子层沉积设备中，并将反应的基底温度升温至200~250℃；
3.2）在反应腔内注入MgCp2，持续时间0.5-1s；
3.3）经步骤3.2）后持续5-10s的N2吹扫；
3.4）注入O2等离子体，持续时间10-15s；
3.5）再次持续5-10s的N2吹扫；
3.6）循环步骤3.2）~步骤3.5），重复10~50个循环，使得衬底上形成厚度为1-5 nm的MgO钝化层薄膜；
3.7）继续在反应腔内注入TEG，持续时间0.5-1s；
3.8）经步骤3.7）后持续5-10s的N2吹扫；
3.9）注入O2等离子体，持续时间10-15s；
3.10）再次持续5-10s的N2吹扫；
3.11）循环步骤3.7）~步骤3.10），循环次数1500-2500次左右或持续时间13-16h左右，得非晶Ga2O3薄膜厚度为100-150nm的非晶Ga2O3日盲紫外探测器。
10.根据权利要求6或7所述的基于MgO钝化的非晶Ga2O3日盲紫外探测器制备方法，其特征在于：所述步骤3）包括下述步骤：
3.1）将初品放入原子层沉积设备中，并将反应的基底温度升温至200~250℃；
3.2）在反应腔内注入MgCp2，持续时间0.5-1s；
3.3）经步骤3.2）后持续5-10s的N2吹扫；
3.4）注入O2等离子体，持续时间10-15s；
3.5）再次持续5-10s的N2吹扫；
3.6）循环步骤3.2）~步骤3.5），重复10~50个循环，使得衬底上形成厚度为1-5 nm的MgO钝化层薄膜；
3.7）继续在反应腔内注入TEG，持续时间0.5-1s；
3.8）经步骤3.7）后持续5-10s的N2吹扫；
3.9）注入O2等离子体，持续时间10-15s；
3.10）再次持续5-10s的N2吹扫；
3.11）循环步骤3.7）~步骤3.10），循环次数1500-2500次左右或持续时间13-16h左右，得非晶Ga2O3薄膜厚度为100-150nm的非晶Ga2O3日盲紫外探测器。
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