[发明专利]一种Si基氧化镓薄膜背栅极日盲紫外光晶体管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Si基氧化镓薄膜背栅极日盲紫外光晶体管及其制备方法，属于光电探测器及半导体晶体管技术领域。本发明提供的所述的晶体管按层次从下到上依次为：背栅极电极层、衬底层、光敏层和叉指电极层；衬底层使用p‑Si/SiO₂,在p‑Si/SiO₂衬底的SiO₂层上制备生长氧化镓薄膜作为光敏层；在氧化镓薄膜上溅射Au/Ti电极得到叉指电极；再在p‑Si/SiO₂背面的Si层上溅射上金属Au薄膜作为背栅极电极。本发明制备过程简单，易于跟硅基器件集成；本发明的制备方法工艺可控性强，易操作，所得薄膜表面致密、厚度稳定均一、可大面积制备、重复性好且易于集成。所制备的器件结构可在栅压的调控作用下获得高的日盲紫外光电流增益。

技术领域

本发明属于光电探测器及半导体晶体管技术领域，具体涉及一种Si基氧化镓薄膜背栅极日盲紫外光晶体管及其制备方法。

背景技术

大气中的臭氧层对波长在200nm到280nm之间的紫外光有强烈的吸收作用，到达地面的处在这个波段的紫外光辐射在海平面附近几乎衰减至零，被称作日盲区，故为工作于该波段的日盲光电探测器系统提供了一个良好的信号背景。随着日盲紫外探测技术的发展，其在军事与民用领域上的应用也越来越多，如日盲紫外通信、导弹预警跟踪、火箭尾焰探测、天基紫外预警、紫外超光谱侦察、着舰引导、海上搜救等等。

目前市场上的紫外探测器都为真空紫外探测器件，相比之，基于宽禁带半导体材料的固态紫外探测器件由于体重小、功耗低、量子效率高、便于集成等特点近年来已经成为科研人员的研究热点。日盲紫外探测器核心材料的禁带宽度往往要大于4.4eV，目前研究比较多的材料集中在AlGaN、ZnMgO和金刚石上。但AlGaN由于其薄膜需要极高温生长并难以外延成膜，ZnMgO在单晶纤维锌矿的结构下很难保持超过4.5eV的带隙，而金刚石具有固定的5.5eV的带隙，对应波长225nm，只占据日盲紫外波长的一小段。而氧化镓的禁带宽度约为4.9eV，对应波长253nm，且易于与Al₂O₃和In₂O₃形成连续固溶体实现其在日盲区的完全覆盖，是一种非常适合于制备日盲紫外光电探测器的氧化物半导体候选材料。

紫外光的信号往往非常微弱，为了能精确探测到微弱紫外光信号，科研人员通过引入肖特基或异质结等方式来增大光增益。Ga₂O₃薄膜和其他半导体材料形成异质结的日盲探测器，利用了结效应(异质结、Schottky结等)能大幅地提高日盲光电探测器的性能(包括光响应度、量子效率、光响应速度等)，具有显著的光电倍增效果，可探测微弱的光信号，然而异质结器件的一端电极连接在异质衬底上，探测功能区不是独立于衬底的，这为器件的集成带来了工艺上的困难，限制了其应用范围。引入新的器件结构在提高光电倍增效果的同时探测功能区相对独立而方便集成，成为了Ga₂O₃薄膜日盲紫外探测器发展的必要，如场效应晶体管结构。

国内外对Ga₂O₃薄膜场效应晶体管的研究还处于探索阶段，仅有很少的报道，最具有代表性的课题组是日本通信研究机构的M.Higashiwaki研究小组。研究表明：外加电场的引入可以有效调节源极和漏极之间的载流子分布，控制载流子的输运，获得高的漏极电流增益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于Si衬底的高光电流增益、可探测日盲区紫外光的氧化镓薄膜背栅极日盲紫外光晶体管及其制备方法。