專利名稱：基于BeZnO的MSM結(jié)構(gòu)的紫外光探測器及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米材料組裝技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于BeZnO的MSM結(jié)構(gòu)的紫外光探測器及制備方法。
背景技術(shù)：
因為太陽輻射在穿越地球大氣層時，波長在200nm到^Onm的太陽光幾乎完全被大氣層吸收，就造成了到達地面的太陽光譜的日盲區(qū)。相比紅外探測和紅外對抗技術(shù)，特別是工作在日盲區(qū)的紫外探測器，其不存在地面紅外源的影響，從而不會有紅外探測器存在的虛警率高的問題。因此，日盲紫外探測器的背景干擾非常小，軍事機密局域通信和報警方面的質(zhì)量大大的提高。目前，紫外光探測無論在軍事或者民用上都有重要的應(yīng)用，紫外光通信、導(dǎo)彈的預(yù)警和制導(dǎo)等軍事用途也越來越受到重視；而在燃燒工程和紫外水凈化處理、海洋石油溢油監(jiān)測等民用領(lǐng)域紫外光探測也有著廣泛的應(yīng)用。目前市面上的紫外光探測設(shè)備包括真空紫外光電倍增管、Si基紫外探測器、AWaN基紫外探測器等。以上紫外光探測設(shè)備有如下不足和缺點
(1)真空紫外光電倍增管體積很大，其需要在高壓下工作，且工作過程中需要用低溫裝置來對其進行冷卻。(2) Si基紫外探測器對可見光部分有很強的吸收功能，故其必須要用昂貴和復(fù)雜的濾光系統(tǒng)來減少或消除可見光及紅外光的影響；此外，Si對紫外光吸收特別強，從而導(dǎo)致了紫外光入射深度較淺，進一步影響了該探測器的量子效率的提高；再者，Si材料的抗輻射能力較弱，這也大大限制了 Si基紫外探測器在太空中的應(yīng)用。(4)GaN是目前用得較多的半導(dǎo)體光電材料，隨著Al的摻入，雖然其禁帶寬度可從 3. 4eV到6. 2eV ；但，目前報導(dǎo)的AlGaN基紫外探測器的截止波長只能到^Onm至270nm ；而高Al組分的AKiaN合金材料的生長溫度較高，結(jié)晶質(zhì)量較差。(5 )近幾年研究較熱門的MgZnO體系紫外材料隨著能帶的調(diào)寬，也就是隨著MgZnO 合金中鎂組分的提高到55%時會發(fā)生相分離。綜上所述，目前紫外光探測的不足之處在于受上述合金材料的局限導(dǎo)致不能吸收日盲區(qū)M0nnT250nm及其以下的波長且探測精確度不高等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明專利所要解決的技術(shù)問題是提供一種能實現(xiàn)日盲區(qū)短波長探測的基于 BeZnO的MSM結(jié)構(gòu)的紫外光探測器及制備方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種基于BeZnO的MSM結(jié)構(gòu)的紫外光探測器，包括襯底及生長于襯底上的外延層，所述外延層包括應(yīng)力緩沖層與設(shè)在應(yīng)力緩沖層上的BeZnO摻雜層，所述BeZnO摻雜層上鍍有叉指結(jié)構(gòu)或者間隙結(jié)構(gòu)的電極。優(yōu)選地，所述襯底材料為藍寶石、硅、碳化硅、氮化鎵、砷化鎵。
優(yōu)選地，所述應(yīng)力緩沖層為氧化鈹、鈹、氧化鎂、鎂、氧化鋅中的一種或多種材料組成，其厚度為IOnm lOOOnm。優(yōu)選地，所述BeZnO摻雜層中還摻有鎂、鈣、鎘、鋰、硼、鋁、硅、鎵一種或多種材料， 其厚度為IOOnm 3000nm。優(yōu)選地，所述叉指結(jié)構(gòu)或者間隙結(jié)構(gòu)的電極層作為肖特基接觸或者歐姆接觸鍍在 BeZnO摻雜層上。優(yōu)選地，所述叉指結(jié)構(gòu)的叉指的長為1000 μ m 2000 μ m,寬為1 μ m 25 μ m ；所述叉指的間距為Iym 25 μπι。優(yōu)選地，所述間隙結(jié)構(gòu)的間隙長為5 1000 μ m,高為1000 5000 μ m。一種基于BeZnO的MSM結(jié)構(gòu)的紫外光探測器的制備方法，包括如下步驟1)清洗襯底所述襯底在生長之前經(jīng)過丙酮、異丙醇、氫氟酸等化學(xué)試劑清洗，然后于溫度為300 1200°C通氮氣或者不通氮氣的環(huán)境下，退火5 30分鐘，使襯底表面晶體排列更整齊；
2)沉積應(yīng)力緩沖層所述應(yīng)力緩沖層通過分子束外延、金屬有機化學(xué)氣相沉積、激光脈沖沉積或磁控濺射沉積在襯底上，所述應(yīng)力緩沖層生長腔內(nèi)的真空度為10_3 KT11Torr, 所述襯底的生長溫度為400 700°C，所述應(yīng)力緩沖層的沉積厚度為IOnm IOOOnm ；
3)沉積BeZnO摻雜所述BeZnO摻雜層通過分子束外延、金屬有機化學(xué)氣相沉積、激光脈沖沉積或磁控濺射沉積在應(yīng)力緩沖層上，鈹?shù)膿诫s含量為20% 70%，所述BeZnO摻雜層生長腔內(nèi)的真空度為10_3 KT11Torr,所述襯底的生長溫度為400 700°C，所述BeZnO摻雜層的厚度為IOOnm 3000nm ；
4)鍍電極層在BeZnO摻雜層上鍍上沉積厚度為10 500nm的叉指結(jié)構(gòu)或者間隙結(jié)構(gòu)的電極層。優(yōu)選地，所述叉指結(jié)構(gòu)或者間隙結(jié)構(gòu)的電極層的沉積包括以下步驟；
1)清洗用丙酮、異丙醇、氫氟酸等化學(xué)試劑對BeZnO摻雜層表面進行清洗，以得到干凈平整的表面；
2)光刻然后用光刻方法對BeZnO摻雜層表面涂膠甩膠、曝光、顯影后得出叉指狀結(jié)構(gòu)的圖形；
3)蒸鍍所述BeZnO摻雜層上通過電子束蒸鍍鍍上電極金屬，根據(jù)BeZnO摻雜層的費米能級選擇功函數(shù)不同的金屬與其形成所希望的勢壘高度，得到作為歐姆接觸或肖特基接觸的厚度為10 500nm的叉指結(jié)構(gòu)或者間隙結(jié)構(gòu)的電極層；
4)再沉積所述電極層上再沉積10 IOOOnm的金或銀。優(yōu)選地，步驟3)中所述電極金屬為鈦、鋁、鎳、金、鉬、銀、銥、鉬、鉭、鈮、鈷、鋯或鎢。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果
1)本發(fā)明BeZnO基MSM結(jié)構(gòu)的紫外光探測器在襯底與BeSiO摻雜層之間插入應(yīng)力緩沖層。若BeZnO摻雜層摻雜的合金薄膜與襯底晶格失配較大，在外延生長過程中會產(chǎn)生導(dǎo)致合金薄膜的晶格質(zhì)量變差的應(yīng)力，而應(yīng)力緩沖層則可以釋放應(yīng)力，改善BeZnO摻雜層的質(zhì)量。2)本發(fā)明BeZnO基MSM結(jié)構(gòu)的紫外光探測器的BeSiO摻雜層是該日盲探測器件的核心。本發(fā)明BeZnO基MSM結(jié)構(gòu)的紫外光探測器的BeZnO摻雜層通過摻入其它金屬元素， 如鎂等；從而改善其合金的晶體質(zhì)量，使截止波長達到280nm以下，從而使BeZnO摻雜層吸收日盲區(qū)M0nnT250nm及其以下的波長；由于該探測器波長非常短，則該探測器可探測近紫外到深紫外的范圍，且其探測精度很高；此外，該探測器還有著響應(yīng)度高和暗電流低等特
點ο3)本發(fā)明BeZnO基MSM結(jié)構(gòu)的紫外光探測器的BeZnO摻雜層相比GaN、GaAs, Si、 SiC等化合物具有更好的空間抗輻照特性。4)本發(fā)明BeSiO基MSM結(jié)構(gòu)的紫外光探測器是金屬_半導(dǎo)體_金屬即MSM結(jié)構(gòu)，制作工藝相對簡單，降低了成本；在器件性能方面，不需要加太高的偏壓就有很高的光響應(yīng)。5)本發(fā)明BeSiO基MSM結(jié)構(gòu)的紫外光探測器不存在像真空紫外光電倍增管那樣需要低溫裝置來冷卻，也不需要Si探測器那樣的濾光系統(tǒng)，節(jié)約能源，便于操作。


圖1是本發(fā)明基于BeSiO的MSM結(jié)構(gòu)的紫外光探測器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明基于BeSiO的MSM結(jié)構(gòu)的紫外光探測器的叉指結(jié)構(gòu)的俯視圖； 圖3是本發(fā)明基于BeZnO的MSM結(jié)構(gòu)的紫外光探測器的間隙結(jié)構(gòu)的俯視圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細(xì)的描述，但發(fā)明的實施方式不限于此。實施例1
一種基于BeZnO的MSM結(jié)構(gòu)的紫外光探測器，包括襯底1及生長于襯底1上的外延層， 所述外延層包括應(yīng)力緩沖層2與設(shè)在應(yīng)力緩沖層2上的BeZnO摻雜層3，所述BeZnO摻雜層3上鍍有叉指結(jié)構(gòu)5或者間隙結(jié)構(gòu)6的電極層4。襯底1材料為藍寶石、硅、碳化硅、氮化鎵、砷化鎵。應(yīng)力緩沖層2為氧化鈹、鈹、氧化鎂、鎂、氧化鋅中的一種或多種材料組成，其厚度為IOnm lOOOnm。BeZnO摻雜層3中還摻有鎂、鈣、鎘、鋰、硼、鋁、硅、鎵一種或多種材料，其厚度為IOOnm 3000nm。BeZnO摻雜層摻雜(如鎂)合金，此材料吸收截止波長220 280nm的范圍，即從近紫外到日盲區(qū)均可調(diào)，截止波長相比GaN、GaAs, AlGaN, MgZnO等材料更短。叉指結(jié)構(gòu)或者間隙結(jié)構(gòu)的電極層4作為肖特基接觸或者歐姆接觸鍍在BeZnO摻雜層 3上。如圖2所示，叉指結(jié)構(gòu)5的叉指的長為ΙΟΟΟμπι 2000μπι，寬為1μπι 25μπι;Χ 指的間距為Iym 25μπ 0一種基于BeSiO的MSM結(jié)構(gòu)的紫外光探測器的制備方法，包括如下步驟
1)清洗襯底所述襯底1在生長之前經(jīng)過丙酮、異丙醇、氫氟酸等化學(xué)試劑清洗，然后于溫度為300 1200°C通氮氣或者不通氮氣的環(huán)境下，退火5 30分鐘，使襯底1表面晶體排列更整齊；
2)沉積應(yīng)力緩沖層所述應(yīng)力緩沖層2通過分子束外延、金屬有機化學(xué)氣相沉積、 激光脈沖沉積或磁控濺射沉積在襯底上，所述應(yīng)力緩沖層2生長腔內(nèi)的真空度為10_3 KT11Torr，所述襯底的生長溫度為400 700°C，所述應(yīng)力緩沖層的沉積厚度為IOnm IOOOnm ；
3)沉積BeZnO摻雜所述BeZnO摻雜層3通過分子束外延、金屬有機化學(xué)氣相沉積、 激光脈沖沉積或磁控濺射沉積在應(yīng)力緩沖層2上，鈹?shù)膿诫s含量為20% 70%，所述BeSiO摻雜層生長腔內(nèi)的真空度為10_3 KT11Torr，所述襯底的生長溫度為400 700°C，所述 BeZnO摻雜層的厚度為IOOnm 3000nm ；
4)鍍電極層在BeZnO摻雜層3上鍍上沉積厚度為10 500nm的叉指結(jié)構(gòu)5的電極層4。而叉指結(jié)構(gòu)5的電極層4的沉積包括以下步驟；
1)清洗用丙酮、異丙醇IPA、氫氟酸HF等化學(xué)試劑對BeZnO摻雜層3表面進行清洗， 以得到干凈平整的表面；
2)光刻然后用光刻方法對BeZnO摻雜層3表面涂膠甩膠、曝光、顯影后得出叉指狀結(jié)構(gòu)的圖形；
3)蒸鍍BeZnO摻雜層3上通過電子束蒸鍍鍍上鈦、鋁、鎳、金、鉬、銀、銥、鉬、鉭、鈮、鈷、 鋯或鎢的電極金屬；根據(jù)BeZnO摻雜層的費米能級選擇功函數(shù)不同的金屬與其形成所希望的勢壘高度，得到作為歐姆接觸或肖特基接觸的厚度為10 500nm的叉指結(jié)構(gòu)的電極層 4；
4)再沉積電極層4上再沉積10 IOOOnm的金或銀。在本實施例中，襯底1選擇藍寶石；應(yīng)力緩沖層2生長厚度為l(T20nm的氧化鈹； BeZnO摻雜層中Be的含量為15% ；且當(dāng)摻雜層的厚度為60(T700nm時，能帶調(diào)節(jié)變大，該材料對光的吸收截止波長為33(T340nm。特別地，本實施例中采用叉指結(jié)構(gòu)的電極層4作為肖特基接觸鍍在BeSiO摻雜層3 上。該電極層4采用40nm的鈦和60nm的金為電極，探測器在特定電壓和在相同響應(yīng)區(qū)域的波長下光響應(yīng)電流隨著電極的間距變小而變大、隨著電極長度變長而變大，最后達到一個最大值。實施例2
本實施例除以下特征外，其他均與實施例1相同在本實施中，襯底1選擇藍寶石；應(yīng)力緩沖層2生長厚度為l(T20nm的氧化鈹；BeZnO摻雜層中Be的含量為25% ；且當(dāng)摻雜層厚度為60(T700nm時，能帶調(diào)節(jié)變得更大，該材料對光的吸收截止波長為^(T300nm。特別地，本實例中采用叉指結(jié)構(gòu)的電極層4作為肖特基接觸鍍在BeZnO摻雜層3 上。該電極層4采用40nm的鈦和60nm的金為電極，探測器在特定電壓和在相同響應(yīng)區(qū)域的波長下光響應(yīng)電流隨著電極的間距變小而變大、隨著電極長度變長而變大，最后達到一個最大值。實施例3
本實施例除以下特征外，其他均與實施例1相同在本實施中，襯底1選擇藍寶石；應(yīng)力緩沖層2生長厚度為l(T20nm的氧化鈹；BeZnO摻雜層中摻Mg。其中，Mg的含量為12% ； Be的含量為70% ；且當(dāng)摻雜層厚度為60(T700nm時，能帶調(diào)節(jié)變大，而且該材料的晶體質(zhì)量也得到提高，該材料對光的吸收截止波長達到日盲區(qū)為M(T250nm。特別地，本實施例中采用叉指結(jié)構(gòu)的電極層4作為肖特基接觸鍍在BeSiO摻雜層3 上。該電極層4采用40nm的鈦和60nm的金為電極，探測器在特定電壓和在相同響應(yīng)區(qū)域的波長下光響應(yīng)電流隨著電極的間距變小而變大、隨著電極長度變長而變大，最后達到一個最大值。上述實施例僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍。即凡依本發(fā)明內(nèi)容所作的均等變化與修飾，都為本發(fā)明權(quán)利要求所要求保護的范圍所涵蓋。
8
權(quán)利要求
1.一種基于BeZnO的MSM結(jié)構(gòu)的紫外光探測器，其特征在于包括襯底(1)及生長于襯底(1)上的外延層，所述外延層包括應(yīng)力緩沖層(2 )與設(shè)在應(yīng)力緩沖層(2 )上的BeZnO摻雜層(3)，所述BeZnO摻雜層(3)上鍍有叉指結(jié)構(gòu)(5)或者間隙結(jié)構(gòu)(6)的電極層(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于BeSiO的MSM結(jié)構(gòu)的紫外光探測器，其特征在于所述襯底(1)材料為藍寶石、硅、碳化硅、氮化鎵以及砷化鎵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于BeZnO的MSM結(jié)構(gòu)的紫外光電導(dǎo)探測器，其特征在于 所述應(yīng)力緩沖層(2)為氧化鈹、鈹、氧化鎂、鎂、氧化鋅中的一種或多種材料組成，其厚度為 IOnm lOOOnm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于BeZnO的MSM結(jié)構(gòu)的紫外光電導(dǎo)探測器，其特征在于 所述BeZnO摻雜層(3)中還摻有鎂、鈣、鎘、鋰、硼、鋁、硅、鎵一種或多種材料，其厚度為 IOOnm 3000nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的基于BeSiO的MSM結(jié)構(gòu)的紫外光電導(dǎo)探測器，其特征在于所述叉指結(jié)構(gòu)或者間隙結(jié)構(gòu)的電極層(4)作為肖特基接觸或者歐姆接觸鍍在 BeZnO摻雜層(3)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于BeZnO的MSM結(jié)構(gòu)的紫外光電導(dǎo)探測器，其特征在于 所述叉指結(jié)構(gòu)(5)的叉指的長為1000 μ m 2000 μ m，寬為1 μ m 25 μ m ；所述叉指的間距為 1 μ m 25 μ m0
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于BeZnO的MSM結(jié)構(gòu)的紫外光電導(dǎo)探測器，其特征在于 所述間隙結(jié)構(gòu)(6)的間隙(7)長為5 1000 μ m，高為1000 5000 μ m。
8.—種如權(quán)利要求1-7所述的基于BeSiO的MSM結(jié)構(gòu)的紫外光電導(dǎo)探測器的制備方法，其特征在于包括如下步驟1)清洗襯底所述襯底(1)在生長之前經(jīng)過丙酮、異丙醇、氫氟酸等化學(xué)試劑清洗 ’然后進行退火；使襯底(1)表面晶體排列更整齊；2)沉積應(yīng)力緩沖層所述應(yīng)力緩沖層(2)通過分子束外延、金屬有機化學(xué)氣相沉積、激光脈沖沉積或磁控濺射沉積在襯底上；3)沉積BeZnO摻雜所述BeZnO摻雜層(3)通過分子束外延、金屬有機化學(xué)氣相沉積、 激光脈沖沉積或磁控濺射沉積在應(yīng)力緩沖層(2)上；4)鍍電極層在BeZnO摻雜層(3)上鍍上沉積叉指結(jié)構(gòu)(5)或者間隙結(jié)構(gòu)(6)的電極層⑷。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于BeSiO的MSM結(jié)構(gòu)的紫外光探測器的制備方法，其特征在于所述叉指結(jié)構(gòu)(5)或者間隙結(jié)構(gòu)(6)的電極層(4)的沉積包括以下步驟；1)清洗用丙酮、異丙醇、氫氟酸等化學(xué)試劑對BeZnO摻雜層(3)表面進行清洗，以得到干凈平整的表面；2)光刻然后用光刻方法對BeZnO摻雜層(3)表面涂膠甩膠、曝光、顯影后得出叉指狀結(jié)構(gòu)的圖形；3)蒸鍍所述BeZnO摻雜層(3)上通過電子束蒸鍍鍍上電極金屬，得到作為歐姆接觸或肖特基接觸的厚度為10 500nm的叉指結(jié)構(gòu)或者間隙結(jié)構(gòu)的電極層(4)；4)再沉積所述電極層(4)上再沉積10 IOOOnm的金或銀。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于BeZnO的MSM結(jié)構(gòu)的紫外光探測器的制備方法，其特征在于步驟3)中所述電極金屬為鈦、鋁、鎳、金、鉬、銀、銥、鉬、鉭、鈮、鈷、鋯或鎢。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于BeZnO的MSM結(jié)構(gòu)的紫外光探測器，包括襯底及生長于襯底上的外延層，所述外延層包括應(yīng)力緩沖層與設(shè)在應(yīng)力緩沖層上的BeZnO摻雜層，所述BeZnO摻雜層上鍍有叉指結(jié)構(gòu)或者間隙結(jié)構(gòu)的電極。本發(fā)明在襯底與BeZnO摻雜層之間插入應(yīng)力緩沖層。若BeZnO摻雜層摻雜的合金薄膜與襯底晶格失配較大，在外延生長過程中會產(chǎn)生導(dǎo)致合金薄膜的晶格質(zhì)量變差的應(yīng)力，而應(yīng)力緩沖層則可以釋放應(yīng)力，改善BeZnO摻雜層的質(zhì)量。本發(fā)明BeZnO基MSM結(jié)構(gòu)的紫外光探測器的BeZnO摻雜層是該日盲探測器件的核心。且，本發(fā)明的BeZnO摻雜層通過摻入其它金屬元素(如鎂)，改善其合金的晶體質(zhì)量，使截止波長達到280nm以下，可以探測近紫外到深紫外的范圍，從而使BeZnO摻雜層吸收日盲區(qū)240nm~250nm及其以下的波長。
文檔編號H01L31/0296GK102412334SQ201110354878
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月10日
發(fā)明者吳天準(zhǔn), 張權(quán)林, 桂許春, 湯子康, 祝淵, 蘇宇泉, 蘇龍興, 陳明明, 項榮 申請人:中山大學(xué)