[发明专利]超灵敏柔性氧化镓光电探测器及阵列、制备方法和应用

说明书

本发明提出了一种超灵敏柔性氧化镓光电探测器及阵列、制备方法和应用，光电探测器，包括衬底，衬底的上端从下到上依次设置有金属铝薄膜、氧化铝薄膜、Gasubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;薄膜和石墨烯电极。本发明针对灵敏度低不能探测微弱的日盲光信号的问题，提出了一种利用空穴捕获降低肖特基势垒实现高响应度和快响应速度的基础上，利用多光束干涉将日盲光限制在超薄Gasubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;(λ/4n～30nm)中共振吸收，实现了兼具高灵敏度与快响应速度的Gasubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;日盲探测器，并将其用于微弱日盲信号的阵列成像和位置探测。

技术领域

本发明涉及光电器件制备领域，特别是指一种超灵敏柔性氧化镓光电探测器及阵列、制备方法和应用。

背景技术

光电探测器是光电子器件的核心元器件之一，在光电系统中起到将光信号转变为电信号的作用。200-280nm波段的太阳辐射被大气层吸收和散射不能到达地球表面，被称为日盲波段。工作于日盲波段的探测器可以避免最大的自然光——太阳光的干扰，具有很高的信噪比和很低的虚警率，是光电探测领域的研究重点之一。日盲紫外成像和位置探测在通讯、导弹预警、火灾探测、导航定位和电晕放电检测等领域有广泛的应用前景。

氧化镓禁带宽度为4.9eV，响应光谱覆盖大部分日盲波段。此外Ga₂O₃化学和热稳定性好、易于大面积制备、击穿电场强度高等优点，被视为制备日盲紫外探测器的理想材料。但被探测目标在日盲区的信号往往非常微弱，如火焰探测中日盲信号强度只有nW/cm²量级。探测器对如此微弱信号的响应往往淹没在噪声中难以识别，虽然可以通过滤波法、双路消噪法、锁定接收法、取样积分法等进行识别，但大大增加了成本，也降低了探测速度。尤其对于探测成像和位置探测等应用来说，需要对信号实时测量，而对微弱响应信号测量是一件困难的事情，其噪声和干扰将影响到测量系统的分辨率、动态范围、信噪比和重复性。

因此，最佳解决方案是提高探测器的光电导增益和灵敏度，提高微弱日盲信号下的光电流。但是目前的器件对微弱光的探测灵敏度还不够，只能探测到亚μW/cm²强度的日盲光。而探测器的响应度和响应速度之间是一种权衡关系，如何在不降低响应速度的前提下提高对微弱信号的探测灵敏度，还缺乏有效解决方法。

发明内容

本发明的目的在于针对灵敏度低不能探测微弱的日盲光信号的问题，提出了一种利用空穴捕获降低肖特基势垒实现高响应度和快响应速度的基础上，利用多光束干涉将日盲光限制在超薄Ga₂O₃(λ/4n～30nm)中共振吸收，实现了兼具高灵敏度与快响应速度的Ga₂O₃日盲探测器，并将其用于微弱日盲信号的阵列成像和位置探测。

本发明的技术方案是这样实现的：超灵敏柔性氧化镓光电探测器，包括衬底，衬底的上端从下到上依次设置有金属铝薄膜、氧化铝薄膜、氧化镓(Ga₂O₃)薄膜和石墨烯电极。

进一步地，金属铝薄膜的厚度为100-150纳米。

进一步地，氧化铝薄膜的厚度为5纳米，氧化铝薄膜太厚会阻挡光生载流子的收集，太薄起不到钝化铝膜的作用。

进一步地，当发生干涉相消时，氧化镓薄膜的厚度为20纳米。

进一步地，石墨烯为单层结构。

进一步地，衬底为柔性PEN衬底，厚度为0.125毫米。

所述超灵敏柔性氧化镓光电探测器的制备方法，包括以下步骤：

(1)清洗衬底；

(2)采用激光直写和磁控溅射在衬底上金属铝薄膜，金属铝薄膜作为反射层和低电极；