[发明专利]紫外光探测器及制备方法

说明书

紫外光探测器及制备方法，涉及电子信息材料与元器件技术。本发明的探测器包括设置于蓝宝石衬底上表面的NiO层，在NiO层的上表面设置有异质结区域和电极区；在异质结区域，由ZnGa₂O₄薄膜和NiO构成异质结，且ZnGa₂O₄薄膜上设置有电极；在电极区，设置有与NiO层直接连接的电极。本发明的紫外光探测器具有较低的暗电流和较快的光响应速度，同时可工作在20V外加偏压下，并且具有较高的灵敏度。

技术领域

本发明涉及电子信息材料与元器件技术。

背景技术

光电探测器作为现代社会最重要的光电器件之一，已经于人类生活密不可分。该类器件可以将光信号精确地、快速地转换为电信号(通常是电流或者电压)，因而被广泛应用于图像传感、光通信、生物医学热成像、环境监测、国防技术和运动监测等领域。近几十年来，金属氧化物半导体材料由于其优异的物理性能，稳定的化学性能以及便于批量生产等优点而备受关注。

光电探测器根据太阳光的光谱范围，可简单分为紫外、可见和红外探测器。其中紫外光的波长范围是10-400nm，紫外探测技术于上个世纪50年代出现，直到上个世纪80年代才逐渐步入实质性的研究与应用。鉴于当时的社会环境，该项技术的研发工作是在高度保密的条件下开展的，因而主要被应用于军事领域，后来随着它在军事领域的不断发展，其应用领域也开始向民用领域扩展，而且取得了非常全面且迅速的发展。国内外有关紫外探测技术的应用，在军事领域，主要应用于导弹预警、紫外/红外复合制导、紫外通讯生化分析等方面，一直以来，紫外探测技术备受国内外学者和研究人员的高度关注，是继红外探测技术之后又一快速发展的军民两用探测技术。尤其是近些年来，由于环境污染日益严重导致大气臭氧越来越稀薄，从而形成臭氧空洞，使得照射到地球表面的紫外辐射急剧增加，且大多形成于工业发达的地区。因此，人们不得不着重关注紫外辐射的探测，并且有关紫外探测技术上的实际应用也必定会对人类文明的延续产生至关重要的影响。

NiO是具有电子结构的过渡金属氧化物，是一种半透明的p型半导体材料，禁带宽度大约在3.5-4.0eV范围内，晶格常数为a＝b＝c＝0.418nm。自然条件下的NiO晶体结构为稳定的六方NaCl结构，如下图所示，阳、阴离子的配位数都为6。NiO因其优异的光学、电学和磁学性能以及良好的化学稳定性引起了人们的极大关注。氧化镍显著的特性使这种化合物成为光伏太阳能电池、电致变色器件、紫外光电探测器和气体传感器的一种有前途的材料。NiO也是与n型氧化物半导体构造异质结器件的候选材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种NiO与ZnGa₂O₄异质结紫外光探测器及其制备方法，得到的探测器具有高灵敏度的特点。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，紫外光探测器，其特征在于，包括设置于蓝宝石衬底上表面的NiO层，在NiO层的上表面设置有异质结区域和电极区；在异质结区域，由ZnGa₂O₄薄膜和NiO构成异质结，且ZnGa₂O₄薄膜上设置有电极；在电极区，设置有与NiO层直接连接的电极。

本发明还提供紫外光探测器制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

(S1)使用NiO靶材，利用射频磁控溅射方法在c面蓝宝石(0001)衬底的表面依次生长NiO薄膜和ZnGa₂O₄薄膜；

(S2)在NiO薄膜和ZnGa₂O₄薄膜上生长Au/Ti电极。

所述步骤(S1)包括：

(S1a)NiO薄膜生长：环境压强小于10^-4Pa，衬底温度100℃～200℃，然后通入氩气和氧气使溅射压强为1.5Pa～2.0Pa，掩模下c面蓝宝石衬底上生长NiO薄膜，然后冷却到室温；