nm的β -Ga203薄膜8，位于β _Ga203薄膜之上的圖形化電極層9 ;其中，圖形化電極層包括第一電極1、第二電極2、第三電極3、第四電極4，所述第一電極、第二電極、第三電極和第四電極圖形的相對(duì)位置呈一個(gè)任意的四邊形，所述第一電極、第二電極、第三電極、第四電極沿順時(shí)針或逆時(shí)針依次排布，如圖1所示；所述第一電極接地，第一電極與第二電極之間接恒定電流，所述第一電極、第二電極、第三電極、第四電極由沉積于P_Ga203薄膜上的厚度為20nm的金屬Ti層與沉積于金屬Ti層上的厚度為20nm的A1層組成；所述β _Ga203薄膜采用分子束外延法制備，金屬Ti層和A1層通過(guò)電子束蒸發(fā)法制備；所述第一電極、第二電極、第三電極、第四電極均為矩形。
[0025]上述新型的光電導(dǎo)探測(cè)器的制備方法，如圖4所示，具體包括以下步驟:
[0026]步驟1、襯底的表面處理:將尺寸為5mmX 10mm、厚度為0.5mm的藍(lán)寶石襯底(c-plane A1203)分別在丙酮、無(wú)水乙醇和去離子水中超聲清洗5min，然后用氮?dú)獯蹈?，并采用熱板?60°C溫度下烘烤lOmin以去除基片表面的水汽，保證藍(lán)寶石襯底表面清潔、干燥；
[0027]步驟2、β _Ga203薄膜的制備:采用分子束外延法在步驟1清洗干凈的藍(lán)寶石襯底上外延生長(zhǎng)厚度約為lOOnm的β _Ga203薄膜；生長(zhǎng)條件為:背底真空度為6.6 X 10 6Torr，生長(zhǎng)溫度為760°C，Ga源溫度為940 °C，射頻電源輸入功率為300W，射頻電源反射功率為6W，通入氧氣的流量為2sccm ；
[0028]步驟3、金屬電極的沉積:將掩膜版覆蓋樣品表面，利用電子束蒸發(fā)法蒸鍍金屬Ti約2min，得到厚度約為20nm的Ti層；然后在Ti層上再蒸鍍金屬A1約2min，得到厚度約為20nm的A1層，從而得到圖形化電極層；
[0029]步驟4、快速退火:將步驟5得到的樣品在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣體下，以100°C /s的升溫速率由室溫升至500°C，退火5min，即得到β _Ga203薄膜光電導(dǎo)探測(cè)器。
[0030]所述第一電極接地，當(dāng)?shù)谝浑姌O與第二電極之間接恒定電流121時(shí)，測(cè)試第三電極與第四電極之間的電勢(shì)差U34分別在紫外光照前后隨電流的變化關(guān)系。
[0031]圖6為本發(fā)明實(shí)施例得到的β _Ga203薄膜光電導(dǎo)探測(cè)器在有/無(wú)紫外光照時(shí)的V-1曲線圖。由圖6可知，本發(fā)明光電探測(cè)器分別在光照條件下第三電極與第四電極之間電勢(shì)差U34’和無(wú)光照條件下的第三電極與第四電極之間電勢(shì)差U34差異明顯，表明本發(fā)明的光電導(dǎo)探測(cè)器能夠有效實(shí)現(xiàn)紫外光的探測(cè)。
[0032]采用叉指電極結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)光電導(dǎo)探測(cè)器，通常采用叉指電極結(jié)構(gòu)以及“通電壓測(cè)電流”的工作模式，其中基于i3_Ga203薄膜的紫外光電導(dǎo)探測(cè)器在10V的工作電壓下的光、暗電流比可達(dá)10以上；而本發(fā)明實(shí)施例制備的光電導(dǎo)探測(cè)器在250nA的工作電流下，無(wú)紫外光照下的U34為11.7V，紫外光照下的U 34’為0.8V，其暗電壓U34與光電壓U 34’的比值約為15，且該比值還能夠隨工作電流的增加而得到進(jìn)一步提升，因此可以匹敵采用叉指電極結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)光電導(dǎo)探測(cè)器，完全能夠滿足光、暗信號(hào)的識(shí)別以及數(shù)字化的需要。
[0033]通過(guò)圖1和圖5的對(duì)比，我們不難發(fā)現(xiàn)本發(fā)明提出的新型光電導(dǎo)探測(cè)器的開(kāi)口率相比采用叉指電極結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)光電導(dǎo)探測(cè)器提升顯著，因此可以大幅提高光電探測(cè)器在相同尺寸下的響應(yīng)度以及靈敏性，有助于光電探測(cè)器的小型化和集成化。
[0034]本發(fā)明光電導(dǎo)探測(cè)器的工作原理如下:
[0035]光電導(dǎo)探測(cè)器中，有源層材料的電阻率與其載流子濃度有關(guān)，當(dāng)有源層材料的載流子濃度上升時(shí)，有源層材料的電阻率減小，導(dǎo)電性增強(qiáng)；當(dāng)有源層材料的載流子濃度下降時(shí)，有源層材料的電阻率增大，導(dǎo)電性減弱。
[0036]當(dāng)?shù)谝浑姌O和第二電極之間通恒定電流121后，有源層中位于第一電極和第二電極的周邊位置會(huì)產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的電流場(chǎng)。在該電流場(chǎng)的作用下，第三電極與第四電極之間會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電流134以及電勢(shì)差U34。
[0037]當(dāng)沒(méi)有與有源層材料對(duì)應(yīng)波段的光信號(hào)照射時(shí)，本發(fā)明光電導(dǎo)探測(cè)器的有源層的載流子濃度較低，因此有源層材料的電阻率較高。這使得第三電極與第四電極之間的電阻值較大。因而，在上述電流場(chǎng)的作用下，第三電極與第四電極之間的電勢(shì)差U34維持在較高的水平。當(dāng)有源層材料受到對(duì)應(yīng)波段的光信號(hào)照射時(shí)，本發(fā)明光電導(dǎo)探測(cè)器的有源層在光電導(dǎo)效應(yīng)的作用下，會(huì)激發(fā)出更多的載流子，從而提高有源層材料的載流子濃度，降低有源層材料的電阻率。這使得第三電極與第四電極之間的電阻值降低。另一方面，有源層材料的電阻率在感光的二維平面上隨光信號(hào)的照射呈現(xiàn)同步、均勻的變化，因此上述電流場(chǎng)的分布在光信號(hào)照射前后保持不變，從而導(dǎo)致第三電極與第四電極之間的電流在光信號(hào)照射前后也維持不變。因此，u34在有源層材料受到對(duì)應(yīng)波段的光信號(hào)照射時(shí)出現(xiàn)減小，且減小的幅度與光信號(hào)的強(qiáng)弱有關(guān)。因此，可以通過(guò)第三電極與第四電極之間電勢(shì)差的變化來(lái)識(shí)別光信號(hào)。
[0038]本發(fā)明提出的新型光電導(dǎo)探測(cè)器與采用叉指電極結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)光電導(dǎo)探測(cè)器相比，無(wú)需采用光刻技術(shù)，制造工藝更簡(jiǎn)單，有助于提產(chǎn)品的良率、降低生產(chǎn)成本，且器件的開(kāi)口率能得到大幅提高，這有利于實(shí)現(xiàn)光電探測(cè)器的小型化和集成化，并為大面積的光電探測(cè)陣列的制造及研究提供了更佳的解決方案。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種新型的光電導(dǎo)探測(cè)器，其特征在于，自下而上依次為有源層(8)、圖形化電極層(9)，其中，圖形化電極層(9)包括第一電極(1)、第二電極(2)、第三電極(3)、第四電極(4)，所述第一電極、第二電極、第三電極和第四電極的相對(duì)位置呈一個(gè)任意的四邊形結(jié)構(gòu)，所述第一電極、第二電極、第三電極、第四電極沿順時(shí)針或逆時(shí)針依次排布，所述第一電極接地，工作時(shí)，在第一電極與第二電極之間接恒定電流源(5)，在第三電極和第四電極之間通過(guò)電壓測(cè)試設(shè)備(6)測(cè)試電壓值，通過(guò)該電壓值的變化識(shí)別光信號(hào)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型的光電導(dǎo)探測(cè)器，其特征在于，所述有源層(8)為薄膜，生長(zhǎng)在襯底(7)上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型的光電導(dǎo)探測(cè)器，其特征在于，所述有源層(8)本身為單晶基片。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型的光電導(dǎo)探測(cè)器，其特征在于，所述有源層(8)的材料為 S1、Ge、Ga203、AlGaN、MgZnO、金剛石、GaN、ZnO、AIN、SiC、ZnSe、V02、CdS、PbS、PbSe、InSb、InAs、InGaAs、PbSnTe 或 HgCdTe。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型的光電導(dǎo)探測(cè)器，其特征在于，所述第一電極、第二電極、第三電極、第四電極由金屬Ti或Ni層(10)與沉積于金屬Ti或Ni層(10)上的A1或Au層(11)組成。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型的光電導(dǎo)探測(cè)器，其特征在于，所述第一電極、第二電極、第三電極、第四電極采用氧化銦錫(IT0)材料。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型的光電導(dǎo)探測(cè)器，其特征在于，所述第一電極、第二電極、第三電極、第四電極上分別引出測(cè)試臂和測(cè)試電極。
【專利摘要】一種新型的光電導(dǎo)探測(cè)器，屬于電子信息材料與元器件領(lǐng)域。該光電導(dǎo)探測(cè)器自下而上依次為有源層、圖形化電極層，其中，圖形化電極層包括第一電極、第二電極、第三電極、第四電極，所述第一電極、第二電極、第三電極和第四電極圖形的相對(duì)位置為一個(gè)任意的四邊形結(jié)構(gòu)，第一電極、第二電極、第三電極、第四電極沿順時(shí)針或逆時(shí)針依次排布，工作時(shí)，在第一電極與第二電極之間接恒定電流電源，在第三電極和第四電極之間通過(guò)測(cè)電壓設(shè)備來(lái)測(cè)試電壓值，通過(guò)該電壓值的變化來(lái)識(shí)別光信號(hào)。本發(fā)明光電導(dǎo)探測(cè)器對(duì)電極結(jié)構(gòu)尺寸要求較低，其制備無(wú)需采用光刻技術(shù)，制備工藝更簡(jiǎn)單，有助于提升產(chǎn)品的良率、降低生產(chǎn)成本，且器件的開(kāi)口率得到了大幅提升。
【IPC分類】H01L31/09, H01L31/0224
【公開(kāi)號(hào)】CN105355701
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510765882
【發(fā)明人】錢凌軒, 夏勇, 劉興釗, 張萬(wàn)里, 李言榮
【申請(qǐng)人】電子科技大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年2月24日
【申請(qǐng)日】2015年11月11日