[发明专利]一种单晶金刚石紫外探测器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种单晶金刚石紫外探测器及其制备方法，所述单晶金刚石紫外探测器，包括：单晶金刚石衬底、金属辅助生长单晶金刚石薄膜和叉指电极；所述金属辅助生长单晶金刚石薄膜设置于所述单晶金刚石衬底上，所述叉指电极设置于所述金属辅助生长单晶金刚石薄膜上；其中，所述金属辅助生长单晶金刚石薄膜在生长过程中掺入钨金属原子。本发明能够有效抑制金刚石衬底NV色心缺陷，减少NV色心对紫外探测器中电子空穴对的捕获，提升金刚石紫外探测器的响应度。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，特别涉及一种单晶金刚石紫外探测器及其制备方法。

背景技术

近年来，紫外探测器广泛应用在空间技术、紫外通信、国防机械和生物医学等多个领域，是目前不可或缺的光电器件。金刚石具有优异特性(例如，宽的宽禁带宽度、高载流子迁移率、高击穿电压、高导热系数、高抗辐射能力等)，是一种理想的紫外光电探测器材料。

在过去的几年中，多种金刚石紫外探测器(例如，肖特基光电二极管、PIN探测器、金属-半导体-金属探测器等)已被深入研究并取得了显著的进展。响应度作为紫外探测器重要参数之一，一直是国内外研究者研究的重点；缺陷由于作为产生-复合中心，能捕获载流子，降低载流子寿命和迁移率，将会大大影响探测器的响应度。金刚石的合成主要采用微波等离子体化学气相沉积技术；然而，为了提高金刚石的生长速度，往往在生长过程中加入氮气，氮气的加入会导致金刚石薄膜中产生深能级缺陷，尤其是NV色心。因此，为了提高金刚石紫外探测器响应度，必须要抑制金刚石薄膜中的NV色心。

综上，亟需一种新的高响应度单晶金刚石紫外探测器的制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单晶金刚石紫外探测器及其制备方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明能够有效抑制金刚石衬底NV色心缺陷，减少NV色心对紫外探测器中电子空穴对的捕获，提升金刚石紫外探测器的响应度。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种单晶金刚石紫外探测器，包括：单晶金刚石衬底、金属辅助生长单晶金刚石薄膜和叉指电极；所述金属辅助生长单晶金刚石薄膜设置于所述单晶金刚石衬底上，所述叉指电极设置于所述金属辅助生长单晶金刚石薄膜上；

其中，所述金属辅助生长单晶金刚石薄膜在生长过程中掺入钨金属原子。

本发明的进一步改进在于，所述单晶金刚石衬底为本征金刚石材料，其均方根表面粗糙度小于0.5nm，拉曼半峰宽小于5cm^-1，X射线衍射半峰宽小于0.1°。

本发明的进一步改进在于，所述金属辅助生长单晶金刚石薄膜中，钨金属原子在金刚石中的体浓度小于等于10¹⁸cm^-3。

本发明的进一步改进在于，所述叉指电极的材质为钛、金、钯、钨、铝中的一种或多种。

本发明的进一步改进在于，所述叉指电极的厚度为10～200nm，叉指间距为1～50μm。

本发明的一种单晶金刚石紫外探测器的制备方法，包括以下步骤：

1)对单晶金刚石衬底进行酸碱处理，并吹干，获得处理后的单晶金刚石衬底；

2)利用微波等离子体化学沉积技术在处理后的单晶金刚石衬底表面进行金属辅助生长金刚石，获得金属辅助生长单晶金刚石薄膜；其中，金属辅助生长单晶金刚石薄膜在生长过程中掺入钨金属原子；

3)将获得的金属辅助生长单晶金刚石薄膜变为氧终端；利用光刻和金属沉积技术，在金属辅助生长单晶金刚石薄膜上形成叉指电极，获得单晶金刚石紫外探测器。