專利名稱：一種制備氧化鎵一維亞微米結構紫外傳感器的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種制備氧化鎵一維亞微米結構紫外傳感器的方法。它是利用中高溫常壓化學氣相反應并輔之以電極制作技術，從而得到一種新型的氧化鎵一維亞微米結構紫外傳感器的制備方法。屬于半導體材料研制技術領域。
背景技術：
氧化鎵(Ga2O3)為白色粉末，是一種寬禁帶半導體材料，室溫下帶隙為4. 9eV，對應于波長為253nm的紫外光，由于氧化鎵材料內(nèi)部氧空位的存在，使得氧化鎵在300-400nm波長范圍的紫外光下也有光吸收性質(zhì)。氧化鎵可以用作紫外光敏電阻、高溫氣敏原件、紫外光催化材料、透明氧化物導電膜等領域。傳統(tǒng)的制備一維氧化鎵結構的方法主要是通過物理氣相沉積法或是化學氣相沉積法，所得的產(chǎn)物尺寸大多在納米量級并且反應一般是在高真空環(huán)境下完成的。本發(fā)明采用金屬鎵和空氣中的氧氣為原料，利用氬氣作為輔助載氣，在中高溫且常壓條件下通過化學反應制備出了氧化鎵(Ga2O3) —維亞微米結構，主要形貌為晶須、晶條、晶帶。此制備方法制得的產(chǎn)物具有易于操作，重復性好的特點，且所得的產(chǎn)物可以用于紫外光敏探測、高溫氣敏原件、紫外光催化等領域。近年來，基于氧化鎵半導體原料制造的紫外傳感器有了很大的發(fā)展。但是由于氧化鎵低維結構生產(chǎn)條件苛刻，生產(chǎn)成本過高等原因，利用低維結構氧化鎵制造紫外傳感器一直沒有得到很好的發(fā)展?，F(xiàn)在的大多數(shù)氧化鎵紫外傳感器均是以氧化鎵薄膜為基礎制造，在體積，重量以及靈敏度上都不能滿足現(xiàn)在器件小型化發(fā)展的需要。因此，我們提出的利用氧化鎵一維亞微米結構制備紫外傳感器，此方法具有一定的創(chuàng)新性和實用性，為將來低維氧化鎵結構的紫外器件的生產(chǎn)和創(chuàng)新提出了一個新的思路，具有很重要的意義。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種制備氧化鎵一維亞微米結構紫外傳感器的方法，它是先制備氧化鎵(Ga2O3) —維亞微米結構并利用所得樣品通過成熟的電極制作技術加工制成紫外傳感器從而獲得了一種新型的紫外傳感器的制造方法。本發(fā)明的技術方案是將金屬鎵放于管式爐的加熱區(qū)域，加熱中高溫并常壓下時給爐內(nèi)通入氬氣，然后升至目標溫度，保溫，冷卻后即得到氧化鎵產(chǎn)物。其中，可以通過改變金屬鎵的用量來控制產(chǎn)物的量。該制備方法的反應機理為高溫下金屬鎵與氧氣發(fā)生反應，生成氧化鎵。4Ga+302 — 2Ga203在得到氧化鎵(Ga2O3) —維亞微米結構的原料后，利用簡單的電極制作技術即可得到氧化鎵(Ga2O3) —維亞微米結構紫外傳感器器件。所得器件的I-V與I-T曲線如圖3a 和圖北所示。本發(fā)明一種制備氧化鎵一維亞微米結構紫外傳感器的方法，該方法具體步驟如下步驟一首先將金屬鎵放于SiC襯底上，然后將載有金屬鎵的SiC襯底放于管式爐中的加熱區(qū)域，常壓下封閉管式爐兩端。開始升溫，加熱區(qū)域升溫速率控制在10°c /min左右；步驟二 在加熱區(qū)域的溫度到達500°C之前，給管式爐內(nèi)通入流量為IOOml/分鐘的氬氣，并繼續(xù)加熱；待溫度升至900-1000°C時，開始保溫1-3小時；步驟三冷卻至室溫，即得到白色絮狀產(chǎn)物——氧化鎵Ga2O3 —維亞微米結構。步驟四在顯微鏡下，利用半導體探針將已經(jīng)制備成功的在SiC基底上的Ga2O3—維亞微米結構單根或者多根挑出并置于傳感器基底上；步驟五將該傳感器基底上的全部Ga2O3 —維亞微米結構利用金屬掩模壓實在基底上并固定，并利用磁控濺射或者熱蒸發(fā)鍍膜裝置蒸鍍Au或Ag制作電極；步驟六將已經(jīng)制作好的電極連接導線，并使用半導體器件封裝專用膠水進行封裝，保證導線，電極和Ga2O3 —維亞微米結構的良好接觸。此即完成氧化鎵臨203) —維亞微米結構紫外傳感器的制備。其中，步驟五中所述的利用磁控濺射制作電極時的技術參數(shù)為工作腔室氣壓低于8. OX 10-4 ；極低溫度為室溫，固定不動；濺射功率為68W ；靶基距為9. 5cm ；濺射持續(xù)時間為 290-3IOs ；其中，步驟五中所述的利用熱蒸發(fā)鍍膜裝置制作電極時的技術參數(shù)為工作腔室氣壓低于5. OX IO-3Pa ；基底溫度為室溫，轉(zhuǎn)速15轉(zhuǎn)/分鐘；金屬鉬舟蒸發(fā)電流100A ；基底與蒸發(fā)源距離39cm ；蒸發(fā)持續(xù)時間170-190S。本方法所具備的優(yōu)點是原料易獲得，制備工藝簡單，成本低廉，重復性好，可以多次和大量制備。
圖Ia所制備產(chǎn)物在900°C保溫情況下的電鏡照片
圖Ib所制備產(chǎn)物在950°C保溫情況下的電鏡照片
圖Ic所制備產(chǎn)物在1000°C保溫情況下的電鏡照片
圖2所制備的紫外傳感器結構示意圖
圖3a所制備的紫外傳感器在波長254nm紫外光下和無光狀態(tài)下的][-V曲線
圖北所制備的紫外傳感器在波長254nm紫外光下和無光狀態(tài)下的][-T曲線
圖4為本發(fā)明流程框圖
具體實施例方式實施例1以金屬鎵為原料，將金屬鎵放于SiC襯底上，將該襯底至于管式爐(天津中環(huán)實驗電爐有限公司SK-G0412;3K)的加熱區(qū)域，在空氣常壓氣氛下升溫加熱，加熱區(qū)域升溫速率控制在10°C /min左右。在加熱過程中，加熱區(qū)域的溫度到達400°C時，向管式爐內(nèi)通入 IOOml/分鐘的氬氣，并繼續(xù)加熱。溫度升至900°C時，開始保溫3小時。保溫結束后讓管式爐自然冷卻，即得到白色絮狀產(chǎn)物。如圖la。
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得到原料后，在室溫、低濕環(huán)境中，利用半導體探針挑取單根或者多根生成物于透明無紫外吸收基底上，在氧化鎵亞微米結構兩端蒸鍍金屬電極，熱蒸發(fā)鍍膜裝置制作電極時的技術參數(shù)為工作腔室氣壓低于5. 0 X 10-3Pa ；基底溫度為室溫，轉(zhuǎn)速15轉(zhuǎn)/分鐘；金屬鉬舟蒸發(fā)電流100A左右；基底與蒸發(fā)源距離39cm;蒸發(fā)持續(xù)時間180s左右，并在蒸鍍腔體工作氣壓中保存12小時。取出所得產(chǎn)物利用環(huán)氧樹脂AB膠進行整體封裝即可得到紫外傳感器器件。如圖2實施例2以金屬鎵為原料，將金屬鎵放于SiC襯底上，將該襯底至于管式爐的加熱區(qū)域，在空氣常壓氣氛下升溫加熱，加熱區(qū)域升溫速率控制在10°c /min左右。在加熱過程中，加熱區(qū)域的溫度到達300°C時，向管式爐內(nèi)通入流量為IOOml/分鐘的氬氣，并繼續(xù)加熱。溫度升至1000°C時，開始保溫1小時。保溫結束后讓管式爐自然冷卻，即得到白色絮狀產(chǎn)物。如圖 Ib或圖Ic得到原料后，在室溫、低濕環(huán)境中，利用半導體探針挑取單根或者多根生成物于透明無紫外吸收基底上，在氧化鎵亞微米結構兩端(磁控)濺射金屬電極，工作腔室氣壓低于 8. OX IO-4Pa ；極低溫度為室溫，固定不動；濺射功率為68W ；靶基距為9. 5cm ；濺射持續(xù)時間為300s左右)并在磁控濺射腔體工作氣壓中保存M小時。取出所得產(chǎn)物利用環(huán)氧樹脂AB 膠進行封裝即可得到紫外傳感器器件。如圖2。所得器件的I-V與I-T曲線如圖3a和圖 3b所示。
權利要求
1.一種制備氧化鎵一維亞微米結構紫外傳感器的方法，其特征在于該方法具體步驟如下步驟一首先將金屬鎵放于SiC襯底上，然后將載有金屬鎵的SiC襯底放于管式爐中的加熱區(qū)域，常壓下封閉管式爐兩端；開始升溫，加熱區(qū)域升溫速率控制在10°c /min ；步驟二 在加熱區(qū)域的溫度到達500°C之前，給管式爐內(nèi)通入流量為IOOml/分鐘的氬氣，并繼續(xù)加熱；待溫度升至900-1000°C時，開始保溫1-3小時；步驟三冷卻至室溫，即得到白色絮狀產(chǎn)物——氧化鎵Ga2O3—維亞微米結構； 步驟四在顯微鏡下，利用半導體探針將已經(jīng)制備成功的在SiC基底上的Ga2O3 —維亞微米結構單根或者多根挑出并置于傳感器基底上；步驟五將該傳感器基底上的全部Ga2O3 —維亞微米結構利用金屬掩模壓實在基底上并固定，并利用磁控濺射或者熱蒸發(fā)鍍膜裝置蒸鍍Au或Ag制作電極；步驟六將已經(jīng)制作好的電極連接導線，并使用半導體器件封裝專用膠水進行封裝，保證導線，電極和(^a2O3 —維亞微米結構的良好接觸，此即完成氧化鎵一維亞微米結構紫外傳感器的制備。
2.根據(jù)權利要求所述的一種制備氧化鎵一維亞微米結構紫外傳感器的方法，其特征在于步驟五中所述的利用磁控濺射制作電極時的技術參數(shù)為工作腔室氣壓低于 8. OX IO-4Pa ；極低溫度為室溫，固定不動；濺射功率為68W ；靶基距為9. 5cm ；濺射持續(xù)時間為 290-310s。
3.根據(jù)權利要求所述的一種制備氧化鎵一維亞微米結構紫外傳感器的方法，其特征在于步驟五中所述的利用熱蒸發(fā)鍍膜裝置制作電極時的技術參數(shù)為工作腔室氣壓低于 5. OX IO-3Pa ；基底溫度為室溫，轉(zhuǎn)速15轉(zhuǎn)/分鐘；金屬鉬舟蒸發(fā)電流100A ；基底與蒸發(fā)源距離39cm ；蒸發(fā)持續(xù)時間170-190S。
全文摘要
一種制備氧化鎵一維亞微米結構紫外傳感器的方法，它有六大步驟一、將載有金屬鎵的SiC襯底放于管式爐中的加熱區(qū)域升溫；二溫度到達500℃之前，給爐內(nèi)通入氬氣，并繼續(xù)加熱升溫至900-1000℃時，保溫1-3小時；三、冷卻至室溫，得到白色絮狀的氧化鎵Ga2O3一維亞微米結構；四、在顯微鏡下，利用半導體探針將已制好的在SiC基底上的Ga2O3一維亞微米結構單根或者多根挑出并置于傳感器基底上；五、將該傳感器基底上的全部Ga2O3一維亞微米結構固定，并利用磁控濺射或熱蒸發(fā)鍍膜裝置蒸鍍Au或Ag制作電極；六、將制作好的電極連接導線，并使用專用膠水進行封裝，保證導線，電極和Ga2O3一維亞微米結構的良好接觸。本發(fā)明工藝簡單，成本低廉，可以大量制備。
文檔編號H01L31/18GK102222730SQ20111017457
公開日2011年10月19日 申請日期2011年6月27日 優(yōu)先權日2011年6月27日
發(fā)明者王天民, 程晉陽, 辛憲棟, 郝維昌 申請人:北京航空航天大學