[发明专利]一种光电探测器及其制备方法

说明书

本公开提供了一种光电探测器，可应用于深紫外及X射线的探测方面，包括：衬底；氧化镓体结材料光敏层，其位于所述衬底上，其中，氧化镓体结材料光敏层由和氧化镓构成II型异质结的半导体材料与氧化镓按照预置比例混合构成；对电极，相对设置在氧化镓体结材料光敏层上表面或氧化镓体结材料光敏层上下表面。本公开还提供了一种光电探测器的制备方法。

技术领域

本公开涉及光电探测技术领域，具体涉及一种光电探测器及其制备方法。

背景技术

对0.01～280nm(含X射线、极紫外、深紫外)波段敏感的短波长探测器对于国土安全、防辐射扩散、空间通信、医疗健康、航天航空和天文观测等军民应用领域具有重要意义。在深紫外探测领域，目前实用性器件主要是硅基的光电倍增管和紫外光电管。然而，光电倍增管需要在高压下工作，具有较大的体积和质量。此外，硅基紫外光电管需要附带滤光片，这增加了深紫外探测系统的复杂性。在X射线探测领域，目前常用的直接型X射线探测材料主要有非晶Se、Si、Ge、PbI₂、HgI₂、CdTe、CdZnTe和PbO等。然而，这几种探测材料都属于中低带隙的半导体材料，禁带宽度小于3eV，在工作温度、耐压、抗辐照和灵敏度等方面仍然面临诸多挑战。因此，现有的此类X射线成像基础设施体积庞大且面临严重的可靠性与分辨率不够高的问题。更重要的是，Pb、Hg和Cd等重金属元素会对环境造成严重污染，并对人体有剧毒，不符合目前全球绿色环保的可持续发展理念。

因此，为了制备响应截止波长小于280nm的日盲紫外探测器和无毒高灵敏X射线探测器，需要寻求适用于日盲紫外区域和X射线波段探测的新型无毒宽禁带半导体材料。而氧化镓，是一种超宽禁带半导体材料，有多种相型，如α、β、ε、δ、γ相，禁带宽度可达4.4eV，对应的截止波长约为280nm，是天然的日盲紫外吸收材料。特别地，与其他宽禁带半导体材料相比，Ga₂O₃在禁带宽度(4.7～5.1eV)和X射线吸收率方面具有明显优势。同时，氧化镓具有无毒、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，使得氧化镓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氧化镓光电探测器的大量研究，其中大多数探测器一般需要很高的温度和较复杂的工艺制备材料，例如使用雾化化学气相沉积、氢化物气相外延、磁控溅射等技术生长氧化镓，价格昂贵，限制了其大规模生产。同时目前报道的氧化镓薄膜基光电探测器的结构大多为金属-半导体-金属型或异质结型。金属-半导体-金属型器件具有工艺简单、方便集成的优势，但没有内部增益、对微弱光信号的探测能力差、难以获得高的光电响应度。结型光电探测器利用了结效应的光生载流子倍增效果和对载流子输运的调制作用，往往能够获得较高的光电流增益和较快的响应速度，但研究还处于起步阶段，且主要集中在单晶、多晶或非晶氧化镓薄膜结构与其他半导体材料结合成异质结，但由于氧化镓薄膜与其他半导体材料存在晶格失配，能带不相匹配风险，而当晶格失配时就会在异质结界面产生大量缺陷，当能带匹配差时载流子就无法实现有效分离，且制备工艺复杂，难以实现产业化。因此开发出制备工艺简单、成本较低且具有增益的氧化镓光电探测器制备方法，是亟需解决的问题。

发明内容

为了解决现有技术中上述问题，本公开提供了一种光电探测器及其制备方法，旨在解决现有技术中的氧化镓光电光探测器的制备工艺复杂、价格高昂以及在不增加工艺复杂度的情况下提高器件性能等问题。

本公开的第一个方面提供了一种光电探测器，包括：衬底；氧化镓体结材料光敏层，其位于所述衬底上，其中，所述氧化镓体结材料光敏层由和氧化镓构成II型异质结的半导体材料与氧化镓按照预置比例混合构成；对电极，相对设置在所述氧化镓体结材料光敏层上表面或所述氧化镓体结材料光敏层上下表面。

进一步地，和氧化镓构成II型异质结的半导体材料为氧化锌或氧化镍或氮化铝或硫化镉或硫化硒或氮化镓或氧化铜或二硫化钼或四氧化三铁。

进一步地，预置比例为1∶1～1∶20。