專利名稱：具有AlGaN吸收層的熱釋電紫外探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利涉及熱釋電紫外探測器技術(shù)，具體指一種具有AIGaN吸收層的熱釋電紫外 探測器。
背景技術(shù)：
熱釋電探測器是利用光-熱-電效應(yīng)工作的光電探測器。五十年代以來，熱釋電探 測器由于其常溫工作及光譜響應(yīng)范圍寬的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)取得了一系列研究成果。近年來，由于 許多介電、熱釋電及機(jī)械特性優(yōu)良的熱釋電材料的發(fā)展，熱釋電探測器的研究工作活躍，發(fā) 展迅速，大大改觀了熱探測器的應(yīng)用前景，目前已廣泛應(yīng)用于火災(zāi)預(yù)警、行為監(jiān)控、熱成像、 安全防護(hù)等領(lǐng)域。但目前存在的熱釋電薄膜均為寬禁帶材料，特征波長位于紫外波段，能量大于禁 帶寬度的入射光子直接被材料吸收，無法產(chǎn)生熱釋電響應(yīng)，因此普通的熱釋電探測器無法 工作于紫外波段。與此同時(shí)，AIGaN材料以獨(dú)特的物理、化學(xué)、電學(xué)特性成為紫外材料的領(lǐng)軍者。 AIGaN材料覆蓋了 200-365nm波段，其器件量子效率高、靈敏度高、紫外可見抑制比大，可完 全工作于低背景的日盲波段(240-280nm)。AIGaN紫外探測器可應(yīng)用于生化傳感器、火焰探 測(火警系統(tǒng)、導(dǎo)彈及飛機(jī)尾焰探測)、紫外通信、紫外成像等軍用、民用領(lǐng)域，可對尾焰或 者羽煙中釋放出大量紫外輻射的飛行目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)探測或有效追蹤，在微弱的背景下探測 出目標(biāo)。對于AIGaN器件，p型材料的歐姆接觸是當(dāng)前制約其發(fā)展的重大問題。由于AIGaN 材料的功函數(shù)高(pGaN 7. 5eV)，很難找到合適功函數(shù)的金屬制作低電阻的歐姆接觸，特別 是高鋁組分的P歐姆接觸，電極制備的困難降低了電流的收集效率；同時(shí)，材料的摻雜濃 度特別是P型摻雜濃度低，激活效率低，載流子濃度小，從而增加了歐姆接觸電極的制作困 難，阻礙了器件響應(yīng)率的提高。

發(fā)明內(nèi)容
本專利的目的在于克服現(xiàn)有AIGaN器件制備中材料歐姆接觸制備的困難，提出一 種以AIGaN材料為吸收層的熱釋電探測器，這種熱釋電紫外探測器避免了 AIGaN材料特別 是高鋁組分材料歐姆接觸電極的制備，利用對紫外輻射高吸收的AIGaN材料作為熱釋電器 件的吸收層，實(shí)現(xiàn)熱釋電器件的紫外探測。本專利一種具有AIGaN吸收層的熱釋電紫外探測器，其特征在于，器件結(jié)構(gòu)包括一襯底；一紫外吸收層，該紫外吸收層生長在襯底上；一介電絕緣層，該介電絕緣層生長在紫外吸收層上，為開孔型，對非功能區(qū)進(jìn)行電 隔離；一底電極，該底電極生長在介電絕緣層及其開孔上；
一熱釋電薄膜層，該熱釋電薄膜層生長在底電極上；一金屬上電極，該金屬上電極生長在熱釋電薄膜層上，與下電極交叉成十字或丁 字形狀等，其與下電極重合面積位于介電絕緣層開孔處，為熱釋電薄膜層的功能區(qū)面積；其中襯底為藍(lán)寶石、硅或氮化硅。其中紫外吸收層為MOCVD、MBE或LPE方法生長的AlGaN單層或多層薄膜，材料厚 度不小于250nm，A1組分從0變化到1。其中介電絕緣層為濺射方法制備的二氧化硅或氮化硅絕緣層，介電絕緣層位于 A1GaN半導(dǎo)體吸收層上，將電極引出部分與A1GaN半導(dǎo)體吸收層隔離起來，該介電絕緣層為 開孔型，開孔處為器件功能區(qū)。其中底電極為熱蒸發(fā)低溫沉積的鋁電極，或溶膠凝膠法制備的LaNi03電極。其中熱釋電薄膜層生長在底電極上，熱釋電薄膜為各種具有熱釋電特性的薄膜材 料，例如溶膠凝膠法或LB膜法制備的偏聚二氟乙烯(PVDF)薄膜或者溶膠凝膠法制備的鋯 鈦酸鉛(PZT)薄膜，厚度為30nm-300nm。其中金屬上電極為熱蒸發(fā)低溫沉積的鋁電極或鉬電極，該金屬上電極與下電極重 合面積位于介電絕緣層開孔處，為熱釋電薄膜功能區(qū)面積。本專利一種具有AlGaN吸收層的熱釋電紫外探測器，其特征在于利用AlGaN單 層或多層材料作為吸收層，不直接在其上制作電極，避免了 AlGaN材料特別是高鋁組分 p-AlGaN材料歐姆接觸制備困難帶來的器件量子效率降低的問題；在AlGaN吸收層上先生 長介電絕緣層，對半導(dǎo)體吸收層和上電極引出電極實(shí)行了電隔離；利用AlGaN在紫外波段 的高吸收，通過紫外光吸收-熱傳遞-熱釋電響應(yīng)的過程，解決了熱釋電材料禁帶寬度對探 測波長的限制，實(shí)現(xiàn)了熱釋電器件的紫外探測；通過AlGaN材料中A1組分的調(diào)節(jié)，可以實(shí) 現(xiàn)不同波段(200-365nm)的探測；利用單層AlGaN吸收層可以實(shí)現(xiàn)特征波長以下的寬波段 探測；利用多層AlGaN吸收層，調(diào)節(jié)各層AlGaN材料的組分可以對探測波長進(jìn)行裁剪，使器 件工作于200-365nm的任何窄帶波段，例如僅工作于可見盲波段(300-360nm)或日盲波段 (240-280nm)等；熱釋電探測器為簡單的電容器結(jié)構(gòu)，工藝簡單、結(jié)構(gòu)清晰、測試方便。


圖1為本專利的具有AlGaN吸收層的熱釋電紫外探測器器件的結(jié)構(gòu)示意圖，其中 圖1(a)為具有AlGaN吸收層的熱釋電紫外探測器器件的截面圖，圖1(b)為具有AlGaN吸 收層的熱釋電紫外探測器器件的俯視圖。其中1——襯底；2——紫外吸收層；3——介電絕緣層；4——底電極；5——熱釋電薄膜層；6——金屬上電極；
具體實(shí)施例方式請參閱附圖1，本專利的具有AlGaN吸收層的熱釋電紫外探測器器件，其器件結(jié)構(gòu)包括一襯底1，此襯底1是藍(lán)寶石、硅或氮化硅材料；一紫外吸收層2，該吸收層生長在襯底1上，為M0CVD、MBE或LPE方法生長的AlGaN 單層或多層薄膜，材料厚度不小于250nm，A1組分從0變化到1 ；一介電絕緣層3，該介電絕緣層3生長在AlGaN吸收層2上，該介電絕緣層3為濺 射方法制備的二氧化硅或氮化硅絕緣層，將上電極引出電極與AlGaN半導(dǎo)體吸收層隔離起 來，該介電絕緣層為開孔型，開孔處為器件功能區(qū)；一底電極4，該底電極4生長在介電絕緣層3及其開孔上，該底電極4為熱蒸發(fā)低 溫沉積的鋁電極，或溶膠凝膠法制備的LaNi03電極，此底電極為長方形或條形結(jié)構(gòu)；一熱釋電薄膜層5，該熱釋電薄膜層5生長在底電極4上，為各種具有熱釋電特性 的薄膜材料，例如溶膠凝膠法或LB膜法制備的偏聚二氟乙烯(PVDF)薄膜或者溶膠凝膠法 制備的鋯鈦酸鉛(PZT)薄膜等，厚度為30nm-300nm;一金屬上電極6，該金屬上電極6生長在熱釋電薄膜層5上，與底電極4交叉成十 字或丁字等，金屬上電極6與底電極4的非交叉面積為焊點(diǎn)部位，其與底電極4的重合面積 位于介電絕緣層開孔處，為熱釋電薄膜層的功能區(qū)部分，該金屬上電極6為熱蒸發(fā)低溫沉 積的鋁電極或鉬電極。為了進(jìn)一步說明本發(fā)明提出的具有AlGaN吸收層的熱釋電紫外探測器的結(jié)構(gòu)， 我們以截止波長分別為365nm (A1組分為0)、280nm (A1組分為0. 45)、200nm (A1組分為 1)的具有單層AlGaN吸收層的熱釋電紫外探測器器件為例，說明該器件的結(jié)構(gòu)及制備過 程，具體如下以藍(lán)寶石為襯底1，用M0CVD設(shè)備分別生長GaN(Al組分為0，厚度為2 y m)、 Ala45Ga(1.55N(Al組分為0.45，厚度為600nm)及A1N薄膜(A1組分為1，厚度為500nm) 2， 用磁控濺射法生長Si02介電絕緣層3(厚度為200nm)，然后利用光刻、腐蝕對其進(jìn)行開孔 (500 umX300um),隨后利用熱蒸發(fā)低溫沉積條狀底電極4 (鋁電極，厚度為45nm)，底電 極覆蓋在介電絕緣層開孔處，在底電極4上利用LB膜法制備PVDF熱釋電薄膜5 (厚度為 120nm)，然后再利用熱蒸發(fā)低溫沉積金屬上電極6 (鋁電極，厚度為150nm)，最后利用光刻、 腐蝕、去膠等工藝確定上電極圖形，完成具有AlGaN吸收層的熱釋電紫外探測器的制備。本專利提出的具有AlGaN吸收層的熱釋電紫外探測器器件不同于傳統(tǒng)的熱釋電 探測器，更不同于傳統(tǒng)的AlGaN紫外探測器，它不直接在高鋁組分材料上生長電極，引出光 電信號，而是通過AlGaN材料對紫外的高吸收，將紫外光吸收后產(chǎn)生的熱傳遞給熱釋電薄 膜，再通過熱釋電器件產(chǎn)生熱釋電響應(yīng)。具有AlGaN吸收層的熱釋電紫外探測器器件首先在吸收層非功能區(qū)濺射生長一 層介電絕緣層，然后在介電絕緣層及其開孔處制備熱釋電器件底電極，隨后制備熱釋電薄 膜材料，最后在其上生長器件上電極，與底電極交叉成十字或丁字等，兩電極非交叉面積為 電信號引出電極部分位于介電絕緣層上，上下電極重合部分位于介電絕緣層開孔處，為熱 釋電薄膜層的功能區(qū)。此具有AlGaN吸收層的熱釋電紫外探測器避免了高鋁組分AlGaN材 料上制備歐姆接觸的難題，同時(shí)，解決了熱釋電薄膜因本征吸收而不能產(chǎn)生紫外響應(yīng)的問 題，將熱釋電器件的高響應(yīng)與AlGaN材料的高吸收結(jié)合在一起，突破了兩種獨(dú)立器件各自 面臨的局限，通過紫外吸收_熱傳遞_熱釋電響應(yīng)的過程提高了紫外波段的響應(yīng)率及靈敏 度，同時(shí)也將熱釋電器件的響應(yīng)波段間接拓寬到紫外區(qū)域，極大推動(dòng)了紫外探測及熱釋電
5器件的應(yīng)用。
權(quán)利要求
一種具有AlGaN吸收層的熱釋電紫外探測器器件，其結(jié)構(gòu)為在襯底(1)上依次生長紫外吸收層(2)、介電絕緣層(3)、底電極(4)、熱釋電薄膜層(5)和金屬上電極(6)，其特征在于所述的襯底(1)為藍(lán)寶石、硅或氮化硅襯底；所述的紫外吸收層(2)為厚度不小于250nm的單層或多層AlGaN薄膜，其中Al組分從0變化到1。
全文摘要
本發(fā)明公開一種具有AlGaN吸收層的熱釋電紫外探測器，其特征在于，器件結(jié)構(gòu)包括一襯底；一AlGaN吸收層，該吸收層生長在襯底上；一介電絕緣層，該介電絕緣層為孔型，對電極部分進(jìn)行電隔離；一底電極，該底電極生長在介電絕緣層及其開孔處；一熱釋電薄膜層，該熱釋電薄膜層生長在底電極上；一金屬上電極，該金屬上電極與下電極交叉成十字或丁字形狀等，上下電極重合面積位于介電絕緣層開孔處，為熱釋電薄膜層功能區(qū)。本發(fā)明的器件結(jié)構(gòu)利用AlGaN薄膜作為紫外吸收層，利用紫外光吸收-熱傳遞-熱釋電響應(yīng)的過程避免了高鋁組分AlGaN歐姆接觸制備的困難，實(shí)現(xiàn)了熱釋電器件的紫外響應(yīng)，突破了熱釋電器件響應(yīng)波段的限制。
文檔編號H01L31/0304GK101976697SQ201010284488
公開日2011年2月16日 申請日期2010年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月17日
發(fā)明者孫璟蘭, 孟祥建, 張燕, 李向陽, 李超, 王建祿, 袁永剛, 賈嘉 申請人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所