CN117712216A - 一种Pd等离激元-Nb2C混合胶体溶液的制备方法及AlGaN基紫外光电探测器 - Google Patents
一种Pd等离激元-Nb2C混合胶体溶液的制备方法及AlGaN基紫外光电探测器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117712216A CN117712216A CN202311552429.7A CN202311552429A CN117712216A CN 117712216 A CN117712216 A CN 117712216A CN 202311552429 A CN202311552429 A CN 202311552429A CN 117712216 A CN117712216 A CN 117712216A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- contact electrode
- algan
- photoelectric detector
- epitaxial wafer
- ultraviolet photoelectric
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 119
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 24
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 22
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 claims abstract description 16
- 101150003085 Pdcl gene Proteins 0.000 claims abstract description 11
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 40
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 19
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 16
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 15
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 14
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 13
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 12
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 11
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 claims description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 8
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 5
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 19
- 230000005684 electric field Effects 0.000 abstract description 3
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 abstract description 3
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 abstract description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 2
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 24
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 13
- 238000011161 development Methods 0.000 description 10
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 10
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 9
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 9
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 9
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 6
- 241000252506 Characiformes Species 0.000 description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000861 blow drying Methods 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 3
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 3
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 3
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 3
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000006210 lotion Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000002835 absorbance Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
本发明公开了一种Pd等离激元‑Nb2C混合胶体溶液的制备方法，包括以下步骤：将PdCl2与Nb2CTx混合，搅拌1.5‑2h；进行离心洗涤，取下层浊液，加入去离子水，重复多次，得到Pd等离激元‑Nb2C混合胶体溶液。本发明还公开了应用上述制备方法制备的AlGaN基紫外光电探测器的肖特基接触电极、包含上述肖特基接触电极的AlGaN基紫外光电探测器及制备方法。本发明在肖特基接触电极结构表面覆盖一层等离激元阵列，通过增强局域电场和光吸收，增大光电流；利用了Nb2CTx溶液的还原性，还原制备Pd等离激元结构，工艺简单，更具有经济性和普适性。
Description
技术领域
本发明涉及紫外光电探测器，特别涉及一种Pd等离激元-Nb2C混合胶体溶液的制备方法、AlGaN基紫外光电探测器的肖特基接触电极、AlGaN基紫外光电探测器及其制备方法。
背景技术
紫外光电探测器作为一种在导弹预警、气象监测、通信保障等领域有重要作用的光电元器件而备受各界关注。传统的GaN基紫外光电探测器由于材料本身禁带宽度窄、电子饱和迁移率低等缺点，造成响应频段窄、对可见光的过滤弱、器件发热严重、稳定性差等问题，难以满足日益增长的器件小型化、集成化、更短波长的要求，因此急需开发一种能应用于UVC(深紫外)波段的工作条件下并同时满足器件小型化、集成化应用需求的新一代紫外光电器件，以AlGaN为代表的III族氮化物多元化合物紫外光电探测器的研究由此兴起，因此探索深紫外AlGaN紫外光电探测器及其实现方法具有开创性的革命意义与社会应用价值。
CN115566096A公开了一种AlGaN/Nb2C基紫外光电探测器及其制备方法，其肖特基接触电极采用二维Nb2C材料制备，但是该结构存在稳定性不足，光吸收度不足导致的光电响应特性较差，引入等离激元结构可一定程度克服上述问题，但目前基于等离激元结构的修饰上工艺上较为复杂，良率和形貌都较差。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的之一在于提供一种Pd等离激元-Nb2C混合胶体溶液的制备方法，应用于制备AlGaN基紫外光电探测器的肖特基接触电极时操作简便，具有经济性和普适性。
本发明的目的之二在于提供一种AlGaN基紫外光电探测器的肖特基接触电极。
本发明的目的之三在于提供一种AlGaN基紫外光电探测器，肖特基接触电极的表面覆盖一层等离激元阵列，通过增强局域电场和光吸收，从而能够增大光电流。
本发明的目的之四在于提供上述AlGaN基紫外光电探测器的制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种Pd等离激元-Nb2C混合胶体溶液的制备方法，包括以下步骤：
将PdCl2与Nb2CTx混合，搅拌1.5-2h；其中Nb2CTx液滴的浓度为0.05～0.08mg/mL，PdCl2溶液的浓度为0.177～0.354mg/ml；进行离心洗涤，速率为18000-20000rpm，时间为10～15min，取下层浊液，加入去离子水，重复多次，得到Pd等离激元-Nb2C混合胶体溶液。
AlGaN基紫外光电探测器的肖特基接触电极，采用所述的Pd等离激元-Nb2C混合胶体溶液的制备方法制备得到的Pd等离激元-Nb2C混合胶体溶液制备而成。
AlGaN基紫外光电探测器，包括紫外光电探测器外延片和设置在所述紫外光电探测器外延片上的绝缘层、欧姆接触电极和肖特基接触电极；
所述紫外光电探测器外延片包括在蓝宝石衬底上依次生长非掺杂Ga极性面AlN缓冲层和非掺杂Ga极性面AlxGa1-xN层，其中，x＝0.5～0.8；
所述绝缘层覆盖在所述非掺杂Ga极性面AlxGa1-xN层上的部分表面上，所述欧姆接触电极设置在所述绝缘层上，所述肖特基接触电极覆盖在所述欧姆接触电极的上表面，以及所述绝缘层、欧姆接触电极的侧面和所述非掺杂Ga极性面AlxGa1-xN层的部分表面上，所述欧姆接触电极还覆盖在所述非掺杂Ga极性面AlxGa1-xN层的部分表面上；所述肖特基接触电极包括二维Nb2C及覆盖在二维Nb2C上的Pd等离激元阵列结构。
优选的，所述绝缘层为图案化的Al2O3绝缘层；厚度为50～100nm。
优选的，所述欧姆接触电极为图形化欧姆接触电极，采用Ti/Al/Ni/Au蒸镀制得，厚度为50～100nm。
优选的，所述衬底为蓝宝石衬底。
优选的，所述非掺杂Ga极性面AlN缓冲层和非掺杂Ga极性面AlxGa1-xN层的厚度分别为350～500nm和300～450nm。
优选的，所述非掺杂Ga极性面AlN缓冲层和非掺杂Ga极性面AlxGa1-xN层均以(0001)为外延方向。
所述的AlGaN基紫外光电探测器的制备方法，包括以下步骤：
在衬底上依次生长非掺杂Ga极性面AlN缓冲层和非掺杂Ga极性面AlxGa1-xN层，得到紫外光电探测器外延片并进行清洗处理；其中，x＝0.5～0.8；
对清洗处理后的紫外光电探测器外延片进行光刻，得到隔离图案；对光刻后的紫外光电探测器外延片进行刻蚀，沿隔离图案刻蚀出凹槽；
通过掩模版对准，在所述非掺杂Ga极性面AlxGa1-xN层上的一侧进行光刻，在所述非掺杂Ga极性面AlxGa1-xN层上制备绝缘层图案；将制备有绝缘层图案的紫外光电探测器外延片置于电子束蒸发设备中，蒸镀隔离层，得到隔离层，对制备有绝缘层的紫外光电探测器外延片进行清洁处理；
通过掩模版对准，在所述绝缘层上和所述非掺杂Ga极性面AlxGa1-xN层上的另一侧分别进行光刻，得到欧姆接触电极图案；将制备有欧姆接触电极图案的紫外光电探测器外延片置于电子束蒸发设备中，蒸镀欧姆接触电极金属，得到欧姆接触电极金属，对制备有欧姆接触电极金属的紫外光电探测器外延片进行清洁处理；
通过掩模版对准，在所述绝缘层一侧的欧姆接触电极金属上，以及所述绝缘层、欧姆接触电极的侧面和所述非掺杂Ga极性面AlxGa1-xN层上，进行光刻，得到肖特基接触电极图案；
将Pd等离激元-Nb2C混合胶体溶液液滴在肖特基接触电极图案，并使其均匀地覆盖，加热放置定型后，得到Pd等离激元-Nb2C混合材料制备的肖特基接触电极得到等离激元增强型的AlGaN基紫外光电探测器。
优选的，所述加热，具体为：在50～70℃加热。
更具体的，AlGaN基紫外光电探测器的制备方法包括以下步骤：
(1)在蓝宝石衬底上依次生长非掺杂Ga极性面AlN缓冲层和非掺杂Ga极性面AlxGa1-xN层(薄膜)，得到紫外光电探测器外延片；
(2)将步骤(1)所得AlGaN紫外光电探测器外延片依次置于丙酮、去离子水、无水乙醇中超声处理，拿出后经去离子水清洗再用热高纯氮气吹干；
(3)台面隔离图案制备：对步骤(2)得到的AlGaN整流器外延片进行绝缘台面隔离图案光刻制备：通过旋涂匀胶在步骤(2)所得AlGaN整流器外延片上均匀涂抹光刻胶，将涂有光刻胶的AlGaN整流器外延片进行预烘，随后放入光刻机中进行曝光，最后将曝光后的外延片浸入显影液中进行光刻显影并清洗；
(4)台面隔离：对光刻后AlGaN紫外光电探测器外延片进行反应离子刻蚀，在AlGaN紫外光电探测器外延片中，沿凸台图案刻蚀出凹槽，得到分离绝缘的凸台并清洗；
(5)对步骤(4)得到的AlGaN整流器外延片进行绝缘层电极图案光刻制备：通过掩膜板中的对准标记，对AlGaN外延片进行对准，重复(3)工艺；
(6)对AlGaN整流器外延片进行绝缘层制备，将步骤(5)所得光刻显影出绝缘层图案的AlGaN紫外光电探测器外延片置于电子束蒸发设备中，对蒸发腔体抽真空，随后蒸镀Al2O3绝缘层；
(7)将AlGaN紫外光电探测器外延片浸入去胶液后去除，使用去离子水冲洗并使用丙酮对AlGaN紫外光电探测器外延片表面残留的光刻胶与蒸镀金属进行超声处理去除，超声后再经去离子水清洗，再用热高纯氮气吹干；
(8)通过掩膜板中的对准标记，对AlGaN整流器外延片进行对准，重复步骤(3)工艺，在相应位置上光刻显影，制备器件欧姆接触电极图案并清洗；
(9)对AlGaN整流器外延片进行欧姆接触电极制备：将步骤(8)所得光刻显影出欧姆接触电极图案的AlGaN整流器外延片放入电子束蒸发设备中，重复步骤(6)工艺，在AlGaN紫外光电探测器外延片上蒸镀欧姆接触电极金属；
(10)重复步骤(7)工艺，通过去胶液浸泡与超声清洗去除AlGaN外延片表面残留的光刻胶与蒸镀金属；
(11)将蒸镀好金属电极的AlGaN外延片放入快速退火装置，在流动N2氛围中进行快速退火，退火温度为600℃，时间为3min；
(12)将退火处理之后的器件放入食人鱼洗液中，浸泡5min，该食人鱼洗液用浓硫酸和30％过氧化氢以7:3的比例混合制成；
(13)通过掩膜板中的对准标记，对AlGaN整流器外延片进行对准，重复步骤(3)工艺，在相应位置上光刻显影，制备器件肖特基接触电极图案并清洗；
(14)将PdCl2与Nb2CTx混合，搅拌2h。其中Nb2CTx液滴的浓度为0.05mg/mL，PdCl2溶液浓度为0.177mg/ml；进行离心洗涤，速率为18000rpm，时间为15min，取下层浊液，加入去离子水，重复三次。得到Pd等离激元-Nb2C混合胶体溶液；
(15)对AlGaN整流器外延片进行肖特基接触电极制备：将步骤(13)所得光刻显影出肖特基接触电极图案的AlGaN紫外探测器外延片置于载玻片上，滴上步骤(14)制备的Pd等离激元-Nb2C混合胶体溶液，使得混合胶体溶液充分均匀地覆盖AlGaN紫外光电探测器外延片表面；待均匀覆盖之后在加热放置定型，得到肖特基接触电极；最后制得AlGaN-Nb2C基紫外光电探测器。
优选的，步骤(1)所述的非掺杂Ga极性面AlN缓冲层和非掺杂Ga极性面AlxGa1-xN薄膜均以(0001)为外延方向。
优选的，步骤(2)和步骤(7)所述超声处理时间均为3～15min。
优选的，步骤(3)所述光刻胶的厚度在0.2～0.7μm，所述曝光时间为1～4s，所述显影时间为45～95s。
优选的，步骤(4)所述凹槽的深度为1～2.5μm；
优选的，步骤(6)所述的真空度均为1～5×10-5Pa；
步骤(11)所述退火的温度为450℃～800℃，所述退火时间为3-5min。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
(1)本发明利用了Nb2CTx溶液的还原性，还原制备Pd等离激元结构，相比目前利用MBE或者MOVCD等复杂工艺，在肖特基接触电极的制备上更具有经济性和普适性。
(2)本发明在肖特基接触电极结构设计时，表面覆盖一层等离激元阵列，通过增强局域电场和光吸收，从而能够增大光电流。
(3)本发明使用以AlGaN为代表的III族氮化物作为紫外光电探测器的基础材料，III族氮化物相比传统的Si芯片有更加优异的材料性能，能更好地实现器件在更短波长应用上的小型化和集成化。
(4)本发明的外延材料表面形貌更优良，能够很好地改善金属电极的接触质量和肖特基电极与外延材料之间的界面质量。
(5)本发明选用透明的蓝宝石衬底材料作为器件外延衬底，便于光信号的收集和传输。
附图说明
图1为本发明实施例的等离激元增强型AlGaN基紫外光电探测器结构示意图。
图2为本发明实施例的局域等离阵列的SEM表征图。
图3为本发明实施例的等离激元增强型AlGaN基紫外光电探测器的IV曲线测试对比图。
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。
实施例1
本实施例提供了一种AlGaN-Nb2C基紫外光电探测器的制备方法，具体包括：
(1)采用金属有机物化学气相沉积法技术在蓝宝石衬底上生长AlGaN紫外光电探测器外延片：依次在在蓝宝石衬底上生长Ga极性AlN缓冲层、非掺杂Ga极性面AlGaN层；所述AlN缓冲层厚度为450nm；所述非掺杂Ga极性AlGaN层厚度为400nm；
(2)将AlGaN紫外光电探测器外延片依次置于丙酮、去离子水、无水乙醇中各自超声3min，去除后经去离子水冲洗，冲洗后的AlGaN再用热高纯氮气吹干；
(3)台面隔离图案的制备：对清洗后的AlGaN紫外光电探测器外延片旋涂正性光刻胶，型号为RZJ304，光刻胶厚度为0.2μm，将涂有光刻胶的外延片置于热台上预烘90s，随后将涂有光刻胶的外延片放入光刻机中通过掩膜板对准标记对准，显影区域尺寸为2mm×1mm；随后进行曝光，曝光时间为15s，再将曝光之后的外延片浸泡入正性显影液中，显影液型号为RZX3038，浸泡时间为50s，最后将显影完成的外延片取出，用去离子水冲洗，并用热高纯氮气吹干，置于热台上烘烤坚膜，烘烤时间为90s；
(4)台面隔离图形刻蚀：将光刻后的AlGaN紫外光电探测器外延片置于反应离子刻蚀机中对光刻暴露出来的隔离层图案进行反应离子刻蚀，刻蚀出对应图案的凹槽，凹槽深度为2μm，刻蚀完毕后使用去离子水冲洗外延片表面并用热氮气吹干；
(5)绝缘层图案的制备：通过掩膜版的对准标记，对AlGaN紫外光电探测器外延片进行对准，重复步骤(3)光刻工艺，在相应位置上进行光刻显影，制备AlGaN紫外光电探测器外延片上暴露出器件绝缘层图案区域，尺寸大小为0.3mm×1mm；
(6)对光刻后的AlGaN紫外光电探测器外延片进行绝缘层制备：将制备有绝缘层图案的AlGaN紫外光电探测器外延片放入电子束蒸发设备中，将腔体真空度抽至1×10-5Pa，随后蒸镀绝缘层物质Al2O34，厚度为50nm；
(7)将制备好绝缘层的AlGaN紫外光电探测器外延片浸入去胶液中浸泡10min，捞出后用去离子水冲洗并置于丙酮中超声15min，拿出后经去离子水冲洗并用热氮气吹干；
(8)欧姆接触电极图案制备：通过掩膜板中的对准标记，对AlGaN紫外光电探测器外延片进行对准，重复步骤(3)光刻工艺，在相应位置上光刻显影，制备AlGaN紫外光电探测器外延片上暴露出器件欧姆接触电极图案区域，尺寸大小为2×0.2mm×1mm，分别位于刻蚀台面的左右两侧；
(9)对光刻后的AlGaN紫外光电探测器外延片进行欧姆接触电极制备：将制备有器件欧姆接触图案的AlGaN紫外光电探测器外延片放入电子束蒸发设备中，将腔体真空度抽至1×10-5Pa，随后依次蒸镀欧姆接触电极物质Ti/Al/Ni/Au，厚度为50nm；
(10)重复步骤(7)工艺，通过去胶液浸泡与超声清洗去除AlGaN外延片表面残留的光刻胶与蒸镀金属；
(11)将蒸镀好金属电极的AlGaN外延片放入快速退火装置，在流动N2氛围中进行快速退火，退火温度为400℃，时间为4min。
(12)将退火处理之后的器件放入食人鱼洗液中，浸泡5min，该食人鱼洗液用浓硫酸和30％过氧化氢以7:3的比例混合制成。
(13)肖特基接触电极图案制备：通过掩膜板中的对准标记，对AlGaN紫外光电探测器外延片进行对准，重复步骤(3)光刻工艺，在绝缘层图案侧对应位置上光刻显影，制备AlGaN紫外光电探测器外延片上暴露出器件肖特基接触电极图案区域，尺寸大小为1.6mm×1mm；
(14)将PdCl2与Nb2CTx混合，搅拌2h。其中Nb2CTx液滴的浓度为0.05mg/mL，PdCl2溶液浓度为0.177mg/ml；进行离心洗涤，速率为18000rpm，时间为15min，取下层浊液，加入去离子水，重复三次。得到Pd等离激元-Nb2C混合胶体溶液；
(15)对光刻后的AlGaN紫外光电探测器外延片进行肖特基接触电极制备：将制备了肖特基接触电极图案的AlGaN紫外光电探测器外延片粘贴在载玻片上，使用针管吸取少量步骤(14)制备法的混合胶体溶液，滴在外延片表面。放入真空烘箱，烘干AlGaN紫外光电探测器外延片，使等离激元结构定型，最后将AlGaN外延片置于丙酮中浸泡50s，去除AlGaN外延片表面残留的光刻胶和混合胶体材料。最后制得等离激元增强型AlGaN基紫外光电探测器。
本实施例制备得到的等离激元增强型AlGaN基紫外光电探测器结构如图1所示，包括紫外光电探测器外延片和设置在所述紫外光电探测器外延片上的绝缘层、欧姆接触电极和肖特基接触电极；
所述紫外光电探测器外延片包括在蓝宝石衬底1上依次生长的非掺杂Ga极性面AlN缓冲层2和非掺杂Ga极性面AlxGa1-xN层3，其中，x＝0.5～0.8；
所述绝缘层4覆盖在所述非掺杂Ga极性面AlxGa1-xN层3上的部分表面上，所述欧姆接触电极5设置在所述绝缘层上，所述肖特基接触电极覆盖在所述欧姆接触电极5的上表面，以及所述绝缘层4、欧姆接触电极5的侧面和所述非掺杂Ga极性面AlxGa1-xN层3的部分表面上，所述欧姆接触电极5还覆盖在所述非掺杂Ga极性面AlxGa1-xN层3的部分表面上；所述肖特基接触电极包括二维Nb2C层6及覆盖在二维超薄Nb2C层6上的Pd等离激元阵列结构7。
等离激元的表面SEM表征测试结果如图2所示，粒径大小约为100nm，晶体质量十分良好。
等离激元增强型AlGaN基紫外光电探测器器件的性能测试对比结果如图3所示，相比于AlGaN/Nb2C基紫外光电探测器，该等离激元结构修饰的紫外探测器具有更高的光电流响应特性。
实施例2
本实施例提供了一种等离激元增强型AlGaN基紫外光电探测器的制备方法，具体包括：
(1)采用金属有机物化学气相沉积法技术在蓝宝石衬底上生长AlGaN紫外光电探测器外延片，包括生长在蓝宝石衬底上的Ga极性AlN缓冲层，生长在Ga极性面AlN缓冲层上的非掺杂Ga极性面AlGaN层；所述AlN缓冲层厚度为500nm；所述非掺杂Ga极性AlGaN层厚度为450nm；
(2)将AlGaN紫外光电探测器外延片依次置于丙酮、去离子水、无水乙醇中各自超声3min，去除后经去离子水冲洗，冲洗后的AlGaN再用热高纯氮气吹干；
(3)台面隔离图案的制备：对清洗后的AlGaN紫外光电探测器外延片旋涂正性光刻胶，型号为RZJ304，光刻胶厚度为0.3μm，将涂有光刻胶的外延片置于热台上预烘90s，随后将涂有光刻胶的外延片放入光刻机中通过掩膜板对准标记对准，显影区域尺寸为2mm×1mm；随后进行曝光，曝光时间为15s，再将曝光之后的外延片浸泡入正性显影液中，显影液型号为RZX3038，浸泡时间为50s，最后将显影完成的外延片取出，用去离子水冲洗，并用热高纯氮气吹干，置于热台上烘烤坚膜，烘烤时间为90s；
(4)台面隔离图形刻蚀：将光刻后的AlGaN紫外光电探测器外延片置于反应离子刻蚀机中对光刻暴露出来的隔离层图案进行反应离子刻蚀，刻蚀出对应图案的凹槽，凹槽深度为2.5μm，刻蚀完毕后使用去离子水冲洗外延片表面并用热氮气吹干；
(5)绝缘层图案的制备：通过掩膜版的对准标记，对AlGaN紫外光电探测器外延片进行对准，重复步骤(3)光刻工艺，在相应位置上进行光刻显影，制备AlGaN紫外光电探测器外延片上暴露出器件绝缘层图案区域，尺寸大小为0.3mm×1mm；
(6)对光刻后的AlGaN紫外光电探测器外延片进行绝缘层制备：将制备有绝缘层图案的AlGaN紫外光电探测器外延片放入电子束蒸发设备中，将腔体真空度抽至1×10-5Pa，随后蒸镀绝缘层物质Al2O3，厚度为100nm；
(7)将制备好绝缘层的AlGaN紫外光电探测器外延片浸入去胶液中浸泡5min，捞出后用去离子水冲洗并置于丙酮中超声10min，拿出后经去离子水冲洗并用热氮气吹干；
(8)欧姆接触电极图案制备：通过掩膜板中的对准标记，对AlGaN紫外光电探测器外延片进行对准，重复步骤(3)光刻工艺，在相应位置上光刻显影，制备AlGaN紫外光电探测器外延片上暴露出器件欧姆接触电极图案区域，尺寸大小为2×0.2mm×1mm，分别位于刻蚀台面的左右两侧；
(9)对光刻后的AlGaN紫外光电探测器外延片进行欧姆接触电极制备：将制备有器件欧姆接触图案的AlGaN紫外光电探测器外延片放入电子束蒸发设备中，将腔体真空度抽至1×10-5Pa，随后依次蒸镀欧姆接触电极物质Ti/Al/Ni/Au，厚度为100nm；
(10)重复步骤(9)工艺，通过去胶液浸泡与超声清洗去除AlGaN外延片表面残留的光刻胶与蒸镀金属；
(11)将蒸镀好金属电极的AlGaN外延片放入快速退火装置，在流动N2氛围中进行快速退火，退火温度为600℃，时间为3min。
(12)将退火处理之后的器件放入食人鱼洗液中，浸泡5min，该食人鱼洗液用浓硫酸和30％过氧化氢以7:3的比例混合制成。
(13)肖特基接触电极图案制备：通过掩膜板中的对准标记，对AlGaN紫外光电探测器外延片进行对准，重复步骤(3)光刻工艺，在绝缘层图案侧对应位置上光刻显影，制备AlGaN紫外光电探测器外延片上暴露出器件肖特基接触电极图案区域，尺寸大小为1.6mm×1mm；
(14)将PdCl2与Nb2CTx混合，搅拌2h。其中Nb2CTx液滴的浓度为0.05mg/mL，PdCl2溶液浓度为0.354mg/ml；进行离心洗涤，速率为18000rpm，时间为15min，取下层浊液，加入去离子水，重复三次。得到Pd等离激元-Nb2C混合胶体溶液
(15)对光刻后的AlGaN紫外光电探测器外延片进行肖特基接触电极和等离激元阵列结构制备：将制备了肖特基接触电极图案的AlGaN紫外光电探测器外延片粘贴在载玻片上，使用针管吸取少量步骤(14)获得的混合胶体溶液，滴在外延片表面。放入真空烘箱，烘干AlGaN紫外光电探测器外延片，使肖特基电极和等离激元阵列定型，最后将AlGaN外延片置于丙酮中浸泡50s，去除AlGaN外延片表面残留的光刻胶和胶体溶液。最后制得等离激元增强型AlGaN基紫外光电探测器。
本实施例制备的等离激元的晶体质量十分良好。相比于AlGaN/Nb2C基紫外光电探测器，具有更高的光电流响应特性。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种Pd等离激元-Nb2C混合胶体溶液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将PdCl2与Nb2CTx混合，搅拌1.5-2h；其中Nb2CTx液滴的浓度为0.05～0.08mg/mL，PdCl2溶液的浓度为0.177～0.354mg/ml；进行离心洗涤，速率为18000-20000rpm，时间为10～15min，取下层浊液，加入去离子水，重复多次，得到Pd等离激元-Nb2C混合胶体溶液。
2.AlGaN基紫外光电探测器的肖特基接触电极，其特征在于，采用权利要求1所述的Pd等离激元-Nb2C混合胶体溶液的制备方法制备得到的Pd等离激元-Nb2C混合胶体溶液制备而成。
3.AlGaN基紫外光电探测器，其特征在于，包括紫外光电探测器外延片和设置在所述紫外光电探测器外延片上的绝缘层、欧姆接触电极和肖特基接触电极；
所述紫外光电探测器外延片包括在蓝宝石衬底上依次生长非掺杂Ga极性面AlN缓冲层和非掺杂Ga极性面AlxGa1-xN层，其中，x＝0.5～0.8；
所述绝缘层覆盖在所述非掺杂Ga极性面AlxGa1-xN层上的部分表面上，所述欧姆接触电极设置在所述绝缘层上，所述肖特基接触电极覆盖在所述欧姆接触电极的上表面，以及所述绝缘层、欧姆接触电极的侧面和所述非掺杂Ga极性面AlxGa1-xN层的部分表面上，所述欧姆接触电极还覆盖在所述非掺杂Ga极性面AlxGa1-xN层的部分表面上；所述肖特基接触电极包括二维Nb2C及覆盖在二维Nb2C上的Pd等离激元阵列结构。
4.根据权利要求3所述的AlGaN基紫外光电探测器，其特征在于，所述绝缘层为图案化的Al2O3绝缘层；厚度为50～100nm。
5.根据权利要求3所述的AlGaN基紫外光电探测器，其特征在于，所述欧姆接触电极为图形化欧姆接触电极，采用Ti/Al/Ni/Au蒸镀制得，厚度为50～100nm。
6.根据权利要求3所述的AlGaN基紫外光电探测器，其特征在于，所述衬底为蓝宝石衬底。
7.根据权利要求3所述的AlGaN基紫外光电探测器，其特征在于，所述非掺杂Ga极性面AlN缓冲层和非掺杂Ga极性面AlxGa1-xN层的厚度分别为350～500nm和300～450nm。
8.根据权利要求3或7所述的AlGaN基紫外光电探测器，其特征在于，所述非掺杂Ga极性面AlN缓冲层和非掺杂Ga极性面AlxGa1-xN层均以(0001)为外延方向。
9.权利要求3～8任一项所述的AlGaN基紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在衬底上依次生长非掺杂Ga极性面AlN缓冲层和非掺杂Ga极性面AlxGa1-xN层，得到紫外光电探测器外延片并进行清洗处理；其中，x＝0.5～0.8；
对清洗处理后的紫外光电探测器外延片进行光刻，得到隔离图案；对光刻后的紫外光电探测器外延片进行刻蚀，沿隔离图案刻蚀出凹槽；
通过掩模版对准，在所述非掺杂Ga极性面AlxGa1-xN层上的一侧进行光刻，在所述非掺杂Ga极性面AlxGa1-xN层上制备绝缘层图案；将制备有绝缘层图案的紫外光电探测器外延片置于电子束蒸发设备中，蒸镀隔离层，得到隔离层，对制备有绝缘层的紫外光电探测器外延片进行清洁处理；
通过掩模版对准，在所述绝缘层上和所述非掺杂Ga极性面AlxGa1-xN层上的另一侧分别进行光刻，得到欧姆接触电极图案；将制备有欧姆接触电极图案的紫外光电探测器外延片置于电子束蒸发设备中，蒸镀欧姆接触电极金属，得到欧姆接触电极金属，对制备有欧姆接触电极金属的紫外光电探测器外延片进行清洁处理；
通过掩模版对准，在所述绝缘层一侧的欧姆接触电极金属上，以及所述绝缘层、欧姆接触电极的侧面和所述非掺杂Ga极性面AlxGa1-xN层上，进行光刻，得到肖特基接触电极图案；
将Pd等离激元-Nb2C混合胶体溶液液滴在肖特基接触电极图案，并使其均匀地覆盖，加热放置定型后，得到Pd等离激元-Nb2C混合材料制备的肖特基接触电极得到等离激元增强型的AlGaN基紫外光电探测器。
10.根据权利要求9所述的AlGaN基紫外光电探测器的制备方法，其特征在于，所述加热，具体为：在50～70℃加热。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311552429.7A CN117712216A (zh) | 2023-11-21 | 2023-11-21 | 一种Pd等离激元-Nb2C混合胶体溶液的制备方法及AlGaN基紫外光电探测器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311552429.7A CN117712216A (zh) | 2023-11-21 | 2023-11-21 | 一种Pd等离激元-Nb2C混合胶体溶液的制备方法及AlGaN基紫外光电探测器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117712216A true CN117712216A (zh) | 2024-03-15 |
Family
ID=90143248
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311552429.7A Pending CN117712216A (zh) | 2023-11-21 | 2023-11-21 | 一种Pd等离激元-Nb2C混合胶体溶液的制备方法及AlGaN基紫外光电探测器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117712216A (zh) |
-
2023
- 2023-11-21 CN CN202311552429.7A patent/CN117712216A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103646997B (zh) | 倏逝波耦合型高速高功率光电探测器的制作方法 | |
| US20230030977A1 (en) | Gan/two-dimensional aln heterojunction rectifier on silicon substrate and preparation method therefor | |
| WO2021018261A1 (zh) | Si衬底InGaN可见光探测器及制备方法与应用 | |
| CN112164732B (zh) | 一种紫外光电二极管及其制备方法 | |
| CN107706245B (zh) | 一种氮化物平面结构共振隧穿二极管及其制备方法 | |
| CN110323295B (zh) | 一种插入AlGaN结构的多量子阱InGaN太阳能电池 | |
| CN114242800B (zh) | 日盲AlGaN紫外光电探测器及其制备方法 | |
| CN115566096A (zh) | 一种AlGaN/Nb2C基紫外光电探测器及其制备方法 | |
| CN113675297A (zh) | 一种氧化镓/氮化镓异质结光电探测器及其制备方法 | |
| CN114141909A (zh) | 在蓝宝石衬底生长不同晶向氧化镓薄膜的方法及基于该薄膜的紫外光探测器的制备方法 | |
| CN110190150A (zh) | 基于硒化钯薄膜/硅锥包裹结构异质结的宽波段高性能光电探测器及其制作方法 | |
| CN117712216A (zh) | 一种Pd等离激元-Nb2C混合胶体溶液的制备方法及AlGaN基紫外光电探测器 | |
| CN112164726A (zh) | 一种肖特基势垒二极管及其制备方法 | |
| CN113097330B (zh) | 一种单晶金刚石紫外探测器及其制备方法 | |
| CN214336736U (zh) | 双层ito膜的led芯片结构 | |
| CN101840964A (zh) | 低阻p-GaN欧姆接触电极制备方法 | |
| CN111579609B (zh) | 基于钛酸锶/铝酸镧异质结的pH传感器及其制备方法 | |
| CN103194798A (zh) | 一种过渡金属掺杂ZnO基铁磁多晶薄膜及其制备方法 | |
| CN110504334A (zh) | 一种高In组分的InGaN/GaN多量子阱太阳能电池 | |
| CN111081886A (zh) | 基于氧化镓钙钛矿多层堆叠结构的pin二极管及其制备方法 | |
| CN109346405A (zh) | 一种GaN基SBD倒装芯片的制备方法 | |
| CN113972290B (zh) | 一种NiO/多孔GaN谐振腔InGaN蓝光探测器及其制备方法 | |
| KR101372352B1 (ko) | ｐ-ＧａＮ 오믹 전극 제조방법 및 이에 의하여 제조된 ｐ-ＧａＮ 오믹 전극 | |
| RU2493634C1 (ru) | Способ изготовления чипов каскадных фотоэлементов | |
| CN115939262B (zh) | 一种平面肖特基二极管太赫兹探测器芯片的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |