[发明专利]3D结构金刚石日盲紫外探测器及其利用铁催化氢等离子体刻蚀的制备方法

说明书

3D结构金刚石日盲紫外探测器及其利用铁催化氢等离子体刻蚀的制备方法，本发明属于金刚石紫外探测器技术领域，它为了解决现有日盲紫外探测器的探测性能较低的问题。制备方法：一、超声清洗金刚石；二、在金刚石表面镀制金属铁叉指电极；三、对镀制有铁叉指电极的金刚石进行氢等离子体刻蚀处理；四、用稀盐酸溶解金刚石褶皱表面的铁；五、利用磁控溅射在金刚石表面镀制金属电极层；六、将带有金属叉指电极的金刚石表面的金属擦除，在凹槽中的形成3D金属电极。本发明3D结构金刚石日盲紫外探测器的电场能够分布在更纵深的位置，3D结构较平面结构在更深位置处的光生电子和光生空穴能够在电场作用下有效分离，从而提升探测性能。

技术领域

本发明属于金刚石紫外探测器技术领域，具体涉及一种3D结构金刚石日盲紫外探测器及其制备方法。

背景技术

光导型金刚石紫外探测器一般使用金属或者碳电极收集由光电效应产生的载流子。通常，使用两种探测结构：(i)在金刚石片一侧表面沉积金属电极的平面探测结构，和(ii)金刚石片两面都沉积电极的金属-金刚石-金属夹层结构，平面电极通常采用间隙约几十微米的叉指电极结构。

在传统平面电极结构中，靠近金刚石表面以下的紫外光穿透深度范围内的光生载流子在电场作用下漂移到电极。然而，平面电极在金刚石体内的电场E很不均匀，在表面达到最大值，在一定的深度下，电场比较微弱，不足以收集穿透深度内的光生载流子。而且金刚石表面存在各种缺陷，特别是由抛光引起的缺陷(抛光引起的缺陷层的深度可达到大约1微米)。光生载流子很容易被金刚石表面缺陷俘获，这也是金刚石紫外探测器收集效率小于100％的原因之一。因此，想办法使得电场能够深入到金刚石体内是提升光生载流子收集效率的有效解决方案。

考虑到紫外光在金刚石体内的穿透深度以及传统平面电极不能提供足够的场强去收集光生载流子的结构设计缺陷，所以需要研发一种提升光生载流子收集效率的新型金刚石日盲紫外探测器。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有日盲紫外探测器电场分布不均匀，探测器的探测性能较低的问题，而提供一种3D结构金刚石日盲紫外探测器及其利用铁催化氢等离子体刻蚀的制备方法。

本发明3D结构金刚石日盲紫外探测器是通过铁催化氢等离子体在金刚石表面刻蚀形成叉指电极凹槽，在叉指电极凹槽中通过磁控溅射电极材料，形成金属叉指电极。

本发明铁催化氢等离子体刻蚀制备3D结构金刚石日盲紫外探测器的方法按照下列步骤实现：

一、清洗：将金刚石试样依次使用丙酮、去离子水、无水乙醇进行超声清洗，得到清洗后的金刚石；

二、掩膜板镀铁：将金属掩膜板放置于清洗后的金刚石表面，采用电阻热蒸发镀制金属铁叉指电极，去掉掩膜板，得到镀制有铁叉指电极的金刚石；

三、刻蚀：将镀制有铁叉指电极的金刚石置于微波等离子体化学气相沉积设备中进行氢等离子体刻蚀处理，控制氢气流量为300～400sccm、气压13～15kPa、微波功率为

2500～3500W，得到刻蚀后的金刚石；

四、去除铁：将刻蚀后分散在金刚石褶皱表面的铁用稀盐酸溶解，得到除铁后的金刚石；

五、磁控溅射镀金：利用磁控溅射在除铁后的金刚石表面镀制金属电极层，得到带有金属叉指电极的金刚石；

六、使用机械方法将带有金属叉指电极的金刚石表面的金属擦除，在刻蚀凹槽中形成3D金属电极，完成3D结构金刚石日盲紫外探测器的制备。

本发明3D结构金刚石日盲紫外探测器与平面电极结构相比，电场能够分布在更纵深的位置，3D结构较平面结构在更深位置处的光生电子和光生空穴能够在电场作用下有效分离，被电极收集，从而提升探测性能。

本发明3D结构金刚石日盲紫外探测器及其利用铁催化氢等离子体刻蚀的制备方法具有以下优点：