[发明专利]一种锌镓氧材料薄膜及其制备方法

说明书

本发明提供了一种锌镓氧材料薄膜，所述锌镓氧材料薄膜中锌与镓的原子比大于1:2，所述锌镓氧材料薄膜为尖晶石结构。锌和镓的原子比例与传统的1：2相比，镓原子的占比更低，当Zn和Ga的化学计量比发生变化时，在一定范围内形成ZnGaO材料仍然可以保持尖晶石的ZnGa₂O₄晶体结构。这种锌镓氧材料薄膜在不改变其他性能参数的前提下，有效缩短ZnGaO紫外探测器的响应时间。在光电器件的制备方面具有潜在的应用前景。并且，本发明提供的锌镓氧材料薄膜的制备工艺简单，反应过程容易控制。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种锌镓氧材料薄膜及其制备方法。

背景技术

紫外探测技术可用于军事通信、导弹尾焰探测、火灾预警、环境监测、生物效应等方面，无论在军事上还是在民用上都有广泛的应用。由于大气层的强烈吸收，使得太阳辐射中波长低于280nm的紫外线在地表几乎不存在，这一紫外波段被形象的称为日盲波段。工作在这一波段的日盲紫外探测器不受太阳辐射的干扰，具有更高的灵敏度，在弱信号探测方面具有突出的优势。

目前，己投入商用的紫外探测器主要有硅探测器、光电倍增管和半导体探测器。硅基紫外光电管需要附带滤光片，光电倍增管则需要在高电压下工作，而且体积笨重、效率低、易损坏且成本较高，对于实际应用有一定的局限性。相对硅探测器和光电倍增管来说，由于半导体材料具有携带方便、造价低、响应度高等优点而备受关注。

ZnGaO材料是是ZnO和Ga₂O₃的复合氧化物，其中最常见的晶体结构是ZnGa₂O₄，其具有尖晶石结构，属于直接带隙半导体，禁带宽度在4.4-5.0eV之间，在原理上可以应用于248-280nm范围内的紫外光电器件等领域。ZnGa₂O₄与ZnMgO相比，可以避免结构分相问题；ZnGa₂O₄与Ga₂O₃相比，可以实现电学特性调控，提升导电性。又由于ZnGa₂O₄具有很好的稳定性及抗辐射能力，较高的电子饱和漂移速度等优势。因此，ZnGa₂O₄是制备日盲紫外探测器的候选材料。但是，现有的ZnGa₂O₄材料制备得到的紫外探测器光响应时间较长，影响了紫外探测器的性能。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种锌镓氧材料薄膜及其制备方法，本发明提供的锌镓氧材料薄膜的晶体结构为尖晶石结构，得到的紫外探测器光响应时间短。

本发明提供了一种锌镓氧材料薄膜，所述锌镓氧材料薄膜中锌与镓的原子比大于1:2，所述锌镓氧材料薄膜为尖晶石结构。

优选的，所述薄膜的吸收截止边位于250±10nm。

本发明还提供了一种上述锌镓氧材料薄膜的制备方法，包括以下步骤：

以有机锌化合物作为锌源，有机镓化合物作为镓源，以高纯氧气为氧源，利用金属有机化合物化学气相沉积法在衬底表面生长锌镓氧材料薄膜。

优选的，所述有机锌化合物为二乙基锌和/或二甲基锌；所述有机镓化合物为三甲基镓和/或三乙基镓。

优选的，所述有机锌化合物以高纯氮气为载气，所述载气的起始流速为5～20mL/min，在生长锌镓氧材料薄膜过程中，逐渐升高载气的流量，所述升高的速率为0～4.5mL/30min；升高载气的流量的持续时间为0～5小时；

所述有机镓化合物以高纯氮气为载气，所述载气的起始流速为5～40mL/min，在生长锌镓氧材料薄膜过程中，逐渐降低载气的流量，所述降低的速率为0～4.5mL/30min；降低载气的流量的持续时间为0～5小时。