一种SiC基氧化镓微米线的光电探测器及其制备方法
阅读说明：本技术 一种SiC基氧化镓微米线的光电探测器及其制备方法 (Photoelectric detector of SiC-based gallium oxide micron line and preparation method thereof ) 是由 李京波 张帅 赵艳 汪争 张龙 周贝尔 于 2021-06-09 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种SiC基氧化镓微米线的光电探测器及其制备方法,方法包括：制备氧化镓微米线；将所述氧化镓微米线转移至第一衬底上,其中,所述第一衬底包括n～(+)SiC衬底层和位于所述n～(+)SiC衬底层上的n～(-)SiC衬底层；在惰性气体中对所述氧化镓微米线和所述第一衬底进行退火处理；在所述氧化镓微米线两端制备源电极和漏电极。本发明在SiC上制备了氧化镓微米线,使得所制备的光电探测器使用具有外延轻掺杂SiC衬底层做为感光衬底,制作了一维的氧化镓微米线与三维的SiC异质结构,具有较好的紫外光探测能力。(The invention relates to a photoelectric detector of SiC-based gallium oxide microwire and a preparation method thereof, wherein the method comprises the following steps: preparing gallium oxide microwires; transferring the gallium oxide microwires onto a first substrate, wherein the first substrate comprises n + SiC substrate layer and the layer located at n + N on SiC substrate layer ‑ A SiC substrate layer; annealing the gallium oxide microwires and the first substrate in an inert gas; on the gallium oxide micron lineAnd preparing a source electrode and a drain electrode. According to the invention, the gallium oxide microwire is prepared on SiC, so that the prepared photoelectric detector uses the epitaxial lightly doped SiC substrate layer as a photosensitive substrate, and a one-dimensional gallium oxide microwire and a three-dimensional SiC heterostructure are prepared, thereby having better ultraviolet light detection capability.)
技术领域
本发明属于半导体器件技术领域，涉及一种SiC基氧化镓微米线的光电探测器及其制备方法。
背景技术
光电探测技术是人类现代生活中不可或缺的技术之一，特别是大气臭氧层的强烈吸收作用，使得太阳光中的这部分紫外光无法到达地球的表面。因此对日光盲的探测器探测有较高的要求，而氧化镓微米线其禁带宽度为4.9eV，与紫外光谱的频段对应是一种比较好的日光盲紫外探测器候选材料，而碳化硅(SiC)也是一种性能极佳的第三代宽禁带半导体，具有比较大的禁带宽度(3.3eV)和较高的紫外光吸收率、击穿电场度高、饱和电子漂移速率高，导热率高等特点。
但是，现有的氧化镓大多为薄膜不利于集成化，并且现有的氧化镓探测器具有响应速度慢，散热差的缺点，限制了其在相关领域的应用。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种SiC基氧化镓微米线的光电探测器及其制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明实施例提供了一种SiC基氧化镓微米线的光电探测器的制备方法，包括以下步骤：
制备氧化镓微米线；
将所述氧化镓微米线转移至第一衬底上，其中，所述第一衬底包括n+SiC衬底层和位于所述n+SiC衬底层上的n-SiC衬底层；
在惰性气体中对所述氧化镓微米线和所述第一衬底进行退火处理；
在所述氧化镓微米线两端制备源电极和漏电极。
在本发明的一个实施例中，制备氧化镓微米线，包括：
清洗第二衬底，所述第二衬底包括Si衬底层和位于所述Si衬底层上的SiO2衬底层；
采用化学气相沉积法在所述第二衬底上制备所述氧化镓微米线；
将生长有所述氧化镓微米线的所述第二衬底放入无水乙醇溶液中，之后进行超声处理，使所述氧化镓微米线从所述第二衬底上完全脱落至无水乙醇溶液中。
在本发明的一个实施例中，清洗第二衬底，包括：
用丙酮、异丙醇分别对所述第二衬底进行超声处理，之后利用臭氧紫外或者氧气等离子体清洗所述第二衬底。
在本发明的一个实施例中，将所述氧化镓微米线转移至第一衬底上，包括：
吸取混合有所述氧化镓微米线的所述无水乙醇溶液至所述第一衬底上。
在本发明的一个实施例中，在惰性气体中对所述氧化镓微米线和所述第一衬底进行退火处理，包括：
在所述惰性气体为氮气、退火温度为100～200℃、退火时间为10～60min的条件下，对所述氧化镓微米线和所述第一衬底进行退火处理。
在本发明的一个实施例中，在所述氧化镓微米线两端制备源电极和漏电极，包括：
在所述第一衬底上旋涂光刻胶，然后进行加热烘干；
通过曝光和显影形成电极图案；
采用电子束蒸发镀膜法在所述氧化镓微米线两端制备源电极和漏电极。
在本发明的一个实施例中，通过曝光和显影形成电极图案，包括：
通过曝光和显影形成所述电极图案，其中，显影液为四甲基氢氧化铵溶液和去离子水混合而成，显影时间为20～60s。
在本发明的一个实施例中，所述n+SiC衬底层的厚度为180～375μm，所述n-SiC衬底层的厚度为0.5～11μm。
在本发明的一个实施例中，在所述氧化镓微米线两端制备源电极和漏电极之后，还包括：
在远离所述氧化镓微米线的所述第一衬底的一面制备栅电极。
本发明的另一个实施例提供的一种SiC基氧化镓微米线的光电探测器，所述光电探测器由上述任一项实施例所述的制备方法制备形成，所述光电探测器包括：
第一衬底，所述第一衬底包括n+SiC衬底层和位于所述n+SiC衬底层上的n-SiC衬底层；
氧化镓微米线，位于所述第一衬底之上；
源电极和漏电极，位于所述第一衬底之上，且位于所述氧化镓微米线的两端；
栅电极，位于所述第一衬底的下表面。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明在SiC上制备了氧化镓微米线，使得所制备的光电探测器使用具有外延轻掺杂SiC衬底层做为感光衬底，制作了一维的氧化镓微米线与三维的SiC异质结构，具有较好的紫外光探测能力。
本发明所使用的SiC衬底具有很好的散热能力和耐高压能力，既满足了氧化镓高压驱动要求，也弥补了氧化镓散热不足的缺点。
本发明所提供的光电探测器的制备方法，其制备工艺简单，测试技术成熟，制作成本低廉，非常有利于将来商业化推广。
通过以下参考附图的详细说明，本发明的其它方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本发明的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种SiC基氧化镓微米线的光电探测器的制备方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种SiC基氧化镓微米线的光电探测器的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种SiC基氧化镓微米线的光电探测器的扫描电子显微镜(SEM)图；
图4为本发明实施例提供的一种SiC基氧化镓微米线的光电探测器在光功率强度为244.8μW·cm-2的254nm紫外光下下的电流-电压曲线关系图。
图5为本发明实施例提供的一种SiC基氧化镓微米线的光电探测器在Vds为-2V时，光功率强度为244.8μW·cm-2的254nm紫外光下光电流随时间的关系曲线图。
图6为本发明实施例提供的一种SiC基氧化镓微米线的光电探测器在Vds为-2V时，光功率强度为244.8μW·cm-2的254nm紫外光下的上升下降时间图。
附图标记：
氧化镓微米线-1；第一衬底-2；源电极-3；漏电极-4；栅电极-5；n+SiC衬底层-21；n-SiC衬底层-22。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
图1为本发明实施例提供的一种SiC基氧化镓微米线的光电探测器的制备方法的流程示意图，图2为本发明实施例提供的一种SiC基氧化镓微米线的光电探测器的结构示意图。本发明提供一种SiC基氧化镓微米线的光电探测器的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
步骤1、制备氧化镓(Ga2O3)微米线1。
步骤1.1、清洗第二衬底，第二衬底包括Si衬底层和位于Si衬底层上的SiO2衬底层。
具体地，用丙酮、异丙醇分别对第二衬底进行超声处理，之后利用臭氧紫外或者氧气等离子体清洗第二衬底。
在一个具体实施例中，首先用丙酮、异丙醇各超声处理第二衬底20min；然后在臭氧紫外或者氧气等离子体中清洗5min，其中氧气流量为50sccm，等离子功率为100W。
步骤1.2、采用化学气相沉积法在第二衬底上制备氧化镓微米线1。
具体地，采用化学气相沉积法在第二衬底上制备氧化镓微米线1，其中，生长温度850～1000℃，时间5-10分钟，载气为氮气或氩气，气流量为50～100sccm。
步骤1.3、将生长有氧化镓微米线1的第二衬底放入无水乙醇溶液中，之后进行超声处理，使氧化镓微米线1从第二衬底上完全脱落至无水乙醇溶液中。
具体地，可以用10ml的量筒量取5ml无水乙醇放入20ml刻度的烧杯中，并将生长好氧化镓微米线1的第二衬底放入量取好的无水乙醇中，并将其进行超声处理，使氧化镓微米线1从第二衬底上完全脱落至无水乙醇溶液。
步骤2、将氧化镓微米线1转移至第一衬底2上，其中，第一衬底2包括n+SiC衬底层21和位于n+SiC衬底层21上的n-SiC衬底层22。
具体地，吸取混合有氧化镓微米线1的无水乙醇溶液至第一衬底上。
在一个具体实施例中，用胶头滴管吸取混和均匀的氧化镓微米线无水乙醇溶液1ml至第一衬底2上，让乙醇自然挥发，从而留下氧化镓微米线1在第一衬底2上。
优选地，n+SiC衬底层21的厚度为180～375μm，n-SiC衬底层的厚度为0.5～11μm。其中，n-SiC衬底层的厚度为0.5～11μm，可以避免n-SiC衬底层的缺陷密度过高，进而避免影响器件性能。
优选地，n+SiC衬底层21的掺杂浓度范围为1E18～1E19，n-SiC衬底层的掺杂浓度范围为1E15～1E17。
步骤3、在惰性气体中对氧化镓微米线1和第一衬底2进行退火处理。
具体地，在惰性气体为氮气、退火温度为100～200℃、退火时间为10～60min的条件下，对氧化镓微米线1和第一衬底2进行退火处理，目的是使氧化镓微米线1与第一衬底2的界面接触紧密。
步骤4、在氧化镓微米线1两端制备源电极3和漏电极4。
步骤4.1、在第一衬底上旋涂光刻胶，然后进行加热烘干。
具体地，通过匀胶机旋涂光刻胶，匀胶机转速例如设置为3500rpm，然后使用加热台加热烘干，加热的时间例如为4min。
步骤4.2、通过曝光和显影形成电极图案。
具体地，通过曝光和显影形成电极图案，其中，显影液为四甲基氢氧化铵溶液和去离子水混合而成，显影时间为20～60s。
在一个具体实施例中，通过激光直写光刻机曝光并显影出电极图案，光刻机曝光时间为3～10s，光强为2mW/cm2，显影液为10ml四甲基氢氧化铵溶液(含质量分数25％水)和330ml去离子水混合而成，显影时间为20s。
步骤4.3、采用电子束蒸发镀膜法在氧化镓微米线1两端制备源电极3和漏电极4。
具体地，通过电子束蒸发镀膜机在氧化镓微米线1的两端制备材料为钛/金的源电极3和漏电极4。
优选地，钛的厚度为4nm，金的厚度为60nm。
步骤5、在远离氧化镓微米线1的第一衬底2的一面制备栅电极5。
优选地，栅电极5的材料为Ni/Ag。
请参见图3、图4、图5和图6，通过图3、图4、图5和图6，图3为器件SEM图，通过图3看以出所选用的是质量优异的氧化镓微米线，且沟道清晰可见，器件接触良好，图4为光功率强度为244.8μW·cm-2的254nm紫外光下，器件对应的源流之间电流随源漏之间电压的关系，通过图4可以看出器件表现出良好的肖特基接触，图5为光功率强度为244.8μW·cm-2的254nm紫外光下下，Vds＝-2V时，源流电流随时间的变化关系，通过图5可以看出该器件能够稳定的对紫外光进行探测，图6为光功率强度为244.8μW·cm-2的254nm紫外光下，光电流随时间的关系曲线图，从图6中可以看出，器件响应速度快。
本发明在SiC上制备了氧化镓微米线，使得所制备的光电探测器使用具有外延轻掺杂SiC衬底层做为感光衬底，制作了一维的氧化镓微米线与三维的SiC异质结构，具有较好的紫外光探测能力。
本发明所使用的SiC衬底具有很好的散热能力和耐高压能力，既满足了氧化镓高压驱动要求，也弥补了氧化镓散热不足的缺点。
本发明所提供的光电探测器的制备方法，其制备工艺简单，测试技术成熟，制作成本低廉，非常有利于将来商业化推广。
本发明所制备的混维体系的碳化硅/氧化镓微米线的光电探测器适用于紫外波段的探测。
实施例二
请参见图2，本实施例在上述实施例的基础上提供一种SiC基氧化镓微米线的光电探测器，该光电探测器包括：
第一衬底2，第一衬底2包括n+SiC衬底层21和位于n+SiC衬底层21上的n-SiC衬底层22；
氧化镓微米线1，位于第一衬底2之上；
源电极3和漏电极4，位于第一衬底2之上，且位于氧化镓微米线1的两端；
栅电极5，位于第一衬底2的下表面。
本发明在SiC上制备了氧化镓微米线，使得所制备的光电探测器使用具有外延轻掺杂SiC衬底层做为感光衬底，制作了一维的氧化镓微米线与三维的SiC异质结构，具有较好的紫外光探测能力。
本发明所使用的SiC衬底具有很好的散热能力和耐高压能力，既满足了氧化镓高压驱动要求，也弥补了氧化镓散热不足的缺点。
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特数据点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特数据点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。