[发明专利]单片双波段集成式传感器及其制备方法

说明书

单片双波段集成式传感器及其制备方法涉及传感器技术领域，解决了现有集成困难、红外探测性能弱和结构复杂的问题，该装置包括依次从上至下设置的自支撑氮化镓单晶体材料、缓冲层、二维氮化物薄膜层和红外传感器电极，还包括第一紫外传感器电极和第二紫外传感器电极，均在自支撑氮化镓单晶体材料上表面上且分设缓冲层和二维氮化物薄膜层的两侧。制备方法包括依次生长或制备自支撑氮化镓单晶体材料、缓冲层、二维氮化物薄膜层和红外传感器电极；在自支撑氮化镓单晶体材料上制备第一紫外传感器电极和第二紫外传感器电极、退火。本发明的制备方法新颖简单，制备的双波段传感器结构简单、双波段探测效果明显。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，具体涉及单片双波段集成式传感器及其制备方法。

背景技术

紫外-红外双波段探测技术在诸如火灾、气象、军事探测等方面有着非常重要的应用价值。采用紫外-红外双色探测，可以大大提高探测目标的识别概率。紫外传感器作为紫外探测技术的核心器件，几年来受到了国内外的高度重视和深入研究。紫外传感器在早期主要应用于紫外告警、紫外通信、紫外制导等军事领域，随后，紫外传感器逐渐成熟化，民用化，后来逐渐慢慢运用在紫外消毒、火灾探测、紫外固化和聚合、生物医学、光谱分析及粒子探测等其他领域。Si、GaAs等第一、第二代半导体可以用来制作紫外传感器，但是由于禁带宽度小、器件长波截止波长大、最高工作温度低等特点而使得器件的特性和使用受到了很大的限制，特别是在高温、日光照射等恶劣环境下其局限性尤为突出。而禁带宽度大于2.2eV的第三代半导体GaN，因具有禁带宽、临界击穿电场高、电子饱和速度高、热导率高、抗辐射能力强等优势，很好的克服了第一、第二代半导体紫外传感器的缺点，成为当前制作紫外传感器的主要材料。GaN避免了Si传感器中复杂的滤光系统的使用，而且解决了Si传感器的光生载流子在传感器表面复合的缺点。GaN基传感器为半导体全固态传感器，具有体积小、功耗低的优点，有效克服了光电倍增管需要大的功率电源和阴极制冷等缺点。抗辐照能力强，能够在高空等恶劣环境下工作，这是Si传感器和光电倍增管无法实现的。

红外光电传感器被广泛地利用在各种领域，如火警控制系统、夜视系统、环境检测、无人驾驶、食品安全等。例如感应水龙头、感应门和感应灯、矿产资源勘探、无损探伤、气体分析、红外成像、火警预警、红外精确制导、航空探测以及气象卫星等其他应用。红外光电探测一直是人们重点关注的地方，现在目前锗、硅、砷化铟以及磷化铟等具备红外波段传感器。然而上述半导体材料以及工艺制备复杂、成本高。硅的光响应截止波段为1100nm，单一的硅很难实现红外通讯波段的光传感器。如何在硅基上集成通信波段光电传感器是相关领域面对的一个重大难题。在硅基上外延生长的砷化铟、磷化铟与硅存在大的晶格失配问题，而且流程复杂，工艺成本高。

红外-紫外双色集成传感器即把红外传感器与紫外传感器集成在一起。近些年来，集成红外-紫外的双色探测技术在国内外取得了长足的发展，尤其近些年宽禁带半导体外延生长技术日益成熟，高晶体质量材料的外延生长，都促进着传感器的发展。但目前红外-紫外双色集成传感器仍然没有很好的普及，其中晶格不匹配带来的红外-紫外光敏材料或探测系统集成困难、集成器件后红外探测系统的探测性能弱，以及双色集成传感器结构复杂等问题成为限制其发展的主要原因。

发明内容

为了解决现有解决因晶格不匹配带来的红外-紫外光敏材料或探测系统集成困难、集成器件后红外探测系统的探测性能弱以及双色集成探测器结构复杂的问题，本发明提供单片双波段集成式传感器及其制备方法。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

单片双波段集成式传感器，包括自支撑氮化镓单晶体材料、缓冲层、二维氮化物薄膜层、红外传感器电极、第一紫外传感器电极和第二紫外传感器电极；缓冲层、第一紫外传感器电极和第二紫外传感器电极均制备在自支撑氮化镓单晶体材料上表面上；二维氮化物薄膜层制备在缓冲层上表面上，红外传感器电极制备在二维氮化物薄膜层上表面上，缓冲层和二维氮化物薄膜层均位于第一紫外传感器电极和第二紫外传感器电极之间。

制备单片双波段集成式传感器的方法，包括以下步骤：