[发明专利]基于非晶氧化镓薄膜的日盲紫外探测器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于非晶氧化镓薄膜的柔性日盲紫外探测器，探测器以高分子(如PET、聚酰亚胺)薄膜或织物为柔性衬底，使用超宽禁带半导体氧化镓(Ga₂O₃)(半导体层)为光探测材料，使用金属或氮化钛(TiN)半导体作为电极材料，通过光刻、刻蚀和薄膜沉积等半导体工艺制备肖特基接触电极层，形成金属电极‑半导体层‑金属电极(MSM)结构探测器，可实现对波长小于280nm的日盲紫外光的有效探测。

技术领域

本发明涉及一种日盲紫外探测器，具体涉及一种基于非晶氧化镓薄膜的柔性日盲紫外探测器及制备，属于光电探测技术领域。

背景技术

日盲紫外光通常是指波段为240-280nm的电磁辐射。由于臭氧层对日盲紫外波段的强烈吸收，到达近地表的该波段紫外光很微弱，为日盲紫外信号的检测提供了天然的低背景窗口。日盲紫外探测器是指对日盲紫外波段有明显光响应的紫外探测器。日盲紫外探测器具有高的信噪比和低的误报率，且在检测微弱信号方面具有显著优势。目前，紫外光探测器在国防安全和民用技术领域发挥着重要作用，可广泛应用于空间通讯、导弹跟踪、臭氧层监测，火焰探测、生物化学传感等领域。

如今，由于硅(Si)材料成本较低且工艺成熟，商业化的紫外光电探测主要使用硅基探测器，但由于Si的带隙较小，Si基紫外光探测器紫外探测效率较低，且需要昂贵的滤波器对其他波段的环境光干扰源进行处理。因此，为了制备响应截止波长小于280nm的日盲紫外探测器，寻求适用于日盲紫外区域的新型半导体材料是当务之急。氧化镓(Ga₂O₃)是一种新兴的超宽禁带半导体材料，禁带宽度可达4.4-5.3eV，对应的截止波长约为234～280nm，是天然的日盲紫外吸收材料。同时，Ga₂O₃具有高的化学和热稳定性、高的击穿场强和强的抗辐射特性等优点，使得Ga₂O₃探测器可以在恶劣环境中正常工作。近年来，研究人员开展了基于Ga₂O₃日盲紫外探测器的大量研究，其中大多数探测器是基于Ga₂O₃体单晶、单晶外延和纳米结构。这些材料的制备一般需要很高的温度和较复杂的工艺，并且，基于纳米结构的Ga₂O₃紫外探测器的制备及性能的重复性较差。与以上结构相比，非晶Ga₂O₃材料以其低温制备、成本低、大面积均匀和易于与CMOS工艺兼容等优点，为实现高性能日盲紫外探测器提供了新的材料平台。

从探测器工作模式分析，光导型和光伏型是半导体探测器的两种主要类型。光导型是需要外加电场分离光生电子-空穴对，而光伏型是利用p-n结，Schottky结或MIS结构中的内建电场分离光生电子-空穴对。由于Ga₂O₃半导体难以实现p型导电，现有Ga₂O₃基日盲紫外探测器大都采用肖特基接触的金属-半导体-金属(MSM)结构，这种结构的探测器具有暗电流低、电容小、响应速度快和制备简便等优点。

随着科技的发展，传统紫外光探测器已经满足不了人们的需求，具有特定功能或者多功能的新型紫外探测器已被迫切需要。柔性电子器件因具有轻薄便携、电子性能优异和集成度高等特点，可用于便携、可穿戴、超轻和可植入式的电子器件。当前，刚性电子产品向柔性和智能化方向发展，也为发展新一代光探测器提供了机会，目前已有很多基于ZnO、SnO₂和TiO₂纳米材料的柔性紫外探测器的报道。当前基于非晶Ga₂O₃薄膜的柔性紫外探测器的研究还处于初始阶段，其性能还有很大的提升空间。柔性、便携的设计理念和新型半导体材料的应用，会使更多新型紫外光探测器走出实验室服务于人们的生活。

发明内容