[发明专利]一种金刚石紫外探测器三维电极结构及其制作方法

说明书

本发明公开了一种金刚石紫外探测器三维电极结构，包括层叠设置的单晶金刚石衬底和本征单晶金刚石外延层，的金刚石外延层表面向外凸出设置有若干条相互平行的金刚石条，的金刚石外延层表面还设置有分别用于作为正极和负极的两个金属电极pad；垂直穿过的金刚石条等距间隔设置有偶数个叉指电极，按照叉指电极的排列顺序依次定义叉指电极5的编号为1、2、3、…、n，则编号为奇数的叉指电极均连接至同一个金属电极pad4上，编号为偶数的叉指电极均连接至另一个金属电极pad上。解决了采用垂直三明治电极结构时衬底和薄膜分离难、载流子收集时间长和收集效率低的问题，同时，解决采用共平面叉指电极结构时电场均匀性不佳的问题，从而提高探测器的响应度和时间响应性能。

【技术领域】

本发明属于光电探测技术领域，涉及一种金刚石紫外探测器三维电极结构及其制作方法。

【背景技术】

紫外光电探测技术是一种十分重要的技术，可广泛应用于空间火焰检测、烟雾报警、空间通信等领域。由于工作环境复杂恶劣，因此对探测器的材料要求很高。金刚石作为一种宽禁带半导体，截止波长在225纳米，具有天然的可见光滤光性，十分适合制备日盲紫外探测器。同时，金刚石具有很多优异的性能，其热导率高，热与化学稳定性好，具有良好的抗辐照性能。这些都使得金刚石在紫外探测器领域具有巨大的优势。

目前有许多人对金刚石紫外光电探测器做了研究。但是，传统金刚石紫外光电探测器电极结构主要是共平面叉指电极结构和垂直三明治结构。对垂直结构来说，电场均匀性好，有利于光生载流子的漂移运动，使得灵敏度和收集效率较高。由于紫外光在金刚石材料中穿透深度有限，于是需要金刚石薄膜做到很薄，并且成核面缺陷密度尽可能少，这样，光生电子-空穴对在电极间的漂移过程中才会尽可能少地损失，从而使得到达电极处的载流子多，对电荷收集效率和灵敏度贡献大。但是，对于金刚石外延薄膜和自支撑单晶金刚石膜而言，整体厚度较厚，对载流子的漂移和收集不利。

共平面叉指电极结构是对垂直三明治结构的改进。由于紫外光在金刚石膜中穿透深度比较小，主要集中于表面，因此在金刚石表面上制备叉指电极，可以较好地收集表面附近的光生电子-空穴对。由于紫外光在材料中衰减迅速，穿透一定深度后，对电流的贡献很小，因此叉指电极的收集效率也是比较高的。并且叉指电极相互交错，使得探测器有效探测面积增大，对探测器的响应度有很大的贡献。但是，叉指电极的电场均匀性不如垂直结构，在紫外光功率较大时，电场分布的不均匀将会对光生电子-空穴对的收集产生影响。

目前很多人都尝试制备三维结构的探测器，将三维电极埋入金刚石内部，从而改善表面附近的电场分布，提高器件的载流子收集能力。但是，这种三维电极的制备方法比较复杂，对准难度较大。为了解决这一问题，我们采用一种新型的三维电极结构，在极大简化制备工艺的同时，提高了器件的响应度和时间响应性能。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种，以解决采用垂直三明治电极结构时衬底和薄膜分离难、载流子收集时间长和收集效率低的问题，同时，解决采用共平面叉指电极结构时电场均匀性不佳的问题，从而提高探测器的响应度和时间响应性能。

本发明采用以下技术方案：一种金刚石紫外探测器三维电极结构，包括层叠设置的单晶金刚石衬底和本征单晶金刚石外延层，所述的金刚石外延层表面向外凸出设置有若干条相互平行的金刚石条，所述的金刚石外延层表面还设置有分别用于作为正极和负极的两个金属电极pad；

垂直穿过所述的金刚石条等距间隔设置有偶数个叉指电极，按照叉指电极的排列顺序依次定义叉指电极5的编号为1、2、3、…、n，则编号为奇数的叉指电极均连接至同一个金属电极pad上，编号为偶数的叉指电极均连接至另一个金属电极pad上。

进一步的，金刚石条为四棱柱，叉指电极为四棱柱。

进一步的，金刚石条凸出所述本征单晶金刚石外延层的高度为100nm-500nm，且所述金刚石条的高度不大于所述本征单晶金刚石外延层的厚度。