[发明专利]具有AlGaN吸收层的热释电紫外探测器

说明书

技术领域

本专利涉及热释电紫外探测器技术，具体指一种具有AlGaN吸收层的热释电紫外探测器。

背景技术

热释电探测器是利用光-热-电效应工作的光电探测器。五十年代以来，热释电探测器由于其常温工作及光谱响应范围宽的独特优点取得了一系列研究成果。近年来，由于许多介电、热释电及机械特性优良的热释电材料的发展，热释电探测器的研究工作活跃，发展迅速，大大改观了热探测器的应用前景，目前已广泛应用于火灾预警、行为监控、热成像、安全防护等领域。

但目前存在的热释电薄膜均为宽禁带材料，特征波长位于紫外波段，能量大于禁带宽度的入射光子直接被材料吸收，无法产生热释电响应，因此普通的热释电探测器无法工作于紫外波段。

与此同时，AlGaN材料以独特的物理、化学、电学特性成为紫外材料的领军者。AlGaN材料覆盖了200-365nm波段，其器件量子效率高、灵敏度高、紫外可见抑制比大，可完全工作于低背景的日盲波段(240-280nm)。AlGaN紫外探测器可应用于生化传感器、火焰探测(火警系统、导弹及飞机尾焰探测)、紫外通信、紫外成像等军用、民用领域，可对尾焰或者羽烟中释放出大量紫外辐射的飞行目标进行实时探测或有效追踪，在微弱的背景下探测出目标。

对于AlGaN器件，p型材料的欧姆接触是当前制约其发展的重大问题。由于AlGaN材料的功函数高(pGaN：7.5eV)，很难找到合适功函数的金属制作低电阻的欧姆接触，特别是高铝组分的p欧姆接触，电极制备的困难降低了电流的收集效率；同时，材料的掺杂浓度特别是p型掺杂浓度低，激活效率低，载流子浓度小，从而增加了欧姆接触电极的制作困难，阻碍了器件响应率的提高。

发明内容

本专利的目的在于克服现有AlGaN器件制备中材料欧姆接触制备的困难，提出一种以AlGaN材料为吸收层的热释电探测器，这种热释电紫外探测器避免了AlGaN材料特别是高铝组分材料欧姆接触电极的制备，利用对紫外辐射高吸收的AlGaN材料作为热释电器件的吸收层，实现热释电器件的紫外探测。

本专利一种具有AlGaN吸收层的热释电紫外探测器，其特征在于，器件结构包括：

一衬底；

一紫外吸收层，该紫外吸收层生长在衬底上；

一介电绝缘层，该介电绝缘层生长在紫外吸收层上，为开孔型，对非功能区进行电隔离；

一底电极，该底电极生长在介电绝缘层及其开孔上；

一热释电薄膜层，该热释电薄膜层生长在底电极上；

一金属上电极，该金属上电极生长在热释电薄膜层上，与下电极交叉成十字或丁字形状等，其与下电极重合面积位于介电绝缘层开孔处，为热释电薄膜层的功能区面积；

其中衬底为蓝宝石、硅或氮化硅。

其中紫外吸收层为MOCVD、MBE或LPE方法生长的AlGaN单层或多层薄膜，材料厚度不小于250nm，Al组分从0变化到1。

其中介电绝缘层为溅射方法制备的二氧化硅或氮化硅绝缘层，介电绝缘层位于AlGaN半导体吸收层上，将电极引出部分与AlGaN半导体吸收层隔离起来，该介电绝缘层为开孔型，开孔处为器件功能区。

其中底电极为热蒸发低温沉积的铝电极，或溶胶凝胶法制备的LaNiO₃电极。

其中热释电薄膜层生长在底电极上，热释电薄膜为各种具有热释电特性的薄膜材料，例如溶胶凝胶法或LB膜法制备的偏聚二氟乙烯(PVDF)薄膜或者溶胶凝胶法制备的锆钛酸铅(PZT)薄膜，厚度为30nm-300nm。

其中金属上电极为热蒸发低温沉积的铝电极或铂电极，该金属上电极与下电极重合面积位于介电绝缘层开孔处，为热释电薄膜功能区面积。