[发明专利]一种金刚石辐射探测器的欧姆接触电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种金刚石辐射探测器的欧姆接触电极优化制备方法，属于金刚石辐射探测器制造工艺技术领域。

背景技术

金刚石是一种宽禁带半导体材料。一般来说，在宽禁带半导体上制作欧姆接触是比较困难的。通常是在金刚石薄膜上沉积一种能和金刚石反应生成碳化物的金属，并经过高温处理，使金属和金刚石在界面处发生碳化反应生成碳化物。

目前金刚石欧姆接触的电极结构主要采用金的单层体系和钛-铂-金三层体系。金具有优良的导电性和抗腐蚀能力，是理想的欧姆接触材料。铂起阻挡层的作用，既能阻挡金向钛和金刚石中扩散，又能阻挡钛向金中扩散，避免钛扩散到金层引起金的电阻升高。钛作为金刚石和金之间的中间层，与金刚石反应生成TiC，TiC的形成增强了附着力。但是，实验表明，金的热稳定性较差；钛的引入降低了欧姆接触的电阻率，同时在金刚石与钛界面形成钛的氧化物会导致极化现象和信号处理的不稳定性，而且钛的热稳定性依然不佳，很难形成良好的欧姆接触。

发明内容

本发明的目的是在金刚石薄膜上，设计制作C-Pt-Au三层体系的欧姆电极。

本发明的主要特点在于用非晶碳石墨替代钛作为中间层，起到了增强附着力的作用，避免了钛氧化物的极化现象，解决了钛-铂-金三层金属体系中热稳定性不佳的问题。

为达到上述目的，本发明C-Pt-Au三层体系欧姆电极的制备采用如下技术方案及步骤。

本发明是一种金刚石辐射探测器的欧姆接触电极制备方法，其特征在于具有以下的制备过程和步骤：

a、非晶碳石墨层的制备

采用纯碳靶，使用直流磁控溅射方法在单晶金刚石薄膜上溅射非晶碳石墨，系统的本底真空2×10^-4到5×10^-4Pa；溅射的工作气体是Ar气体, Ar的流量为10到15标准毫升/分；总气压在0.3-0.8Pa；溅射功率一般为90-120W；溅射时间为5-15分钟；非晶碳石墨层厚度为5-30nm；

b、金属Pt和Au的制备

采用Pt靶，通过离子溅射法在非晶碳石墨层上制备金属层Pt。溅射过程中，工作气压为0.75-0.85Pa，离子流1.8-2mA，溅射时间为12-15分钟，Pt层厚度40-60nm；溅射完成后，再采用Au靶，通过相同的工艺参数在Pt层上面溅射Au，Au层的厚度为120-160nm；

d、退火

采用传统的退火工艺，将制作好的电极在氮气氛下退火；退火温度为350-450℃，时间为10-20分钟；最终制得金刚石薄膜上的C-Pt-Au三层欧姆电极。

本发明同现有技术相比，有如下显著优点：

(1)本发明采用非晶碳石墨作为金属与金刚石的中间层，起到增强附着力的作用。

(2)由于用非晶碳石墨代替金属钛，避免了钛的氧化物引起的极化现象和信号处理的不稳定性，使得欧姆电极的热稳定性得到了很大的提高。

附图说明

图1为本发明C-Pt-Au三层体系欧姆电极的结构示意图。

图2为C-Pt-Au三层体系欧姆电极I-V测试曲线图。

具体实施方式

现将本发明的具体实施例叙述于后。

实施例

本实施例中的具体制备过程和步骤如下所述：

一、非晶碳层的制备

采用纯碳靶，使用直流磁控溅射方法在金刚石薄膜上溅射非晶碳石墨，系统的本底真空4×10^-4Pa；溅射的工作气体是Ar气体, Ar的流量为10标准毫升/分；总气压为0.5Pa；溅射功率为100W；溅射时间15分钟；非晶碳石墨层厚度为20nm。

二、金属Pt层和Au层的制备

采用Pt靶，通过离子溅射法在非晶碳石墨上制备金属层Pt。溅射过程中，工作气压0. 8Pa，离子流1.8mA，溅射时间为15分钟，Pt层厚度50nm。溅射完成后，再采用Au靶，通过相同的工艺参数在Pt层上面溅射Au，Au层的厚度为150nm。

三、退火

采用传统的退火工艺，将制作好的电极在氮气氛下退火。退火温度为400℃，时间为15分钟。最终制得金刚石薄膜上的C-Pt-Au三层欧姆电极。

对C-Pt-Au三层体系欧姆电极进行性能测试，结果显示能获得线性度极高的IV测试曲线，相对于退火前薄膜漏电流显著降低，电阻率得到明显改善，使器件性能得到提高。

图1为本发明C-Pt-Au三层体系欧姆电极结构示意图。图中可见，在金刚石薄膜上下两个表面设有两个相同的欧姆接触电极，其结构均为C-Pt-Au三层。

图2为本发明的C-Pt-Au三层体系欧姆电极I-V测试曲线图。图中可见，C-Pt-Au电极漏电流比Ti-Pt-Au电极小，而且更符合欧姆接触的线性关系。