技術領域

本發明涉及一種半導體材料及制備方法。

背景技術

作為一種重要的寬禁帶半導體材料，NiO材料具有優異的光學和電學特性，同時它具有無毒，原材料成本低，生長方法簡單。它具有許多獨特的性質，尤其是在透明導電、氣敏、紫外探測、電致變色等領域顯示出其廣闊的應用前景熱門材料，具有很好的應用潛力。雖然NiO納米材料制作的紫外探測器具有響應度高，性質穩定的特點，但是目前該類紫外光探測器件，其生長方向多垂直表面，并多以ZnO材料構建異質結構，一方面ZnO材料難以承受酸堿腐蝕，不適用于惡劣環境。另外基于NiO納米材料的紫外探測器其表面與電極部分接觸少，也影響了探測器的靈敏度和穩定性。

另外一種重要的制作紫外探測器的AlGaN半導體材料，其具有優越的物理化學特性，成熟的材料生長技術以及可以覆蓋日盲紫外區的直接帶隙，也是制作紫外探測器的理想材料。但是AlGaN薄膜紫外探測器則存在持續的光電導現象，這使得基于AlGaN的紫外探測器在停止光輻照后，具有較長的響應時間，大大影響了其光響應時間。

因此，基于一維NiO納米材料以及AlGaN紫外探測器性能都有待于進一步提高，目前對于基于納米NiO/AlGaN異質結構的紫外探測器件尚未有報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種制備工藝簡單，成本低，性能穩定且靈敏度高的基于納米NiO/AlGaN異質結構的倒置式快速紫外光響應器件及制備方法。本發明的結構層是以藍寶石襯底生長AlGaN薄膜為n型層，其采用低壓MOCVD方法生長，以藍寶石為襯底，AlN為高溫緩沖層，以三甲基鎵(TMGa)和三甲基鋁(TMAl)為鎵源和Al源，以NH3作為N源，n型摻雜劑采用SiH₄，其中AlGaN外延層厚度為500nm。本發明的NiO納米片狀結構層則是采用硝酸鎳和六次甲基四胺為原料，首先采用低溫水溶液在AlGaN表面生長NiO籽晶層，然后再用低溫水熱方法生長NiO納米片狀結構。最后將AlGaN薄膜表面生長NiO納米片狀結構與具有0.1cm溝道并鍍有ITO透明電極的玻璃基片相貼合則構建了簡單的紫外光響應器件。

一、本發明的基于納米NiO/AlGaN異質結構的倒置式快速紫外光響應器件(以下簡稱為紫外光響應器件)，包括基底層、納米NiO/AlGaN異質結構層和透明電極層。其中，基底層為藍寶石襯底；納米NiO/AlGaN異質結構層包括與基底層相鄰的AlN高溫緩沖層、AlGaN薄膜層、NiO籽晶層及納米NiO片狀結構層；透明接觸電極層是由具有0.1cm溝道的ITO導電玻璃組成。該納米NiO/AlGaN異質結構層中，異質結構為在AlGaN薄膜表面生長的納米NiO片狀結構層，其他AlN高溫緩沖層和NiO籽晶層是制備程序需要的輔助層。

二、上述紫外光響應器件的制備方法具體如下：

①采用低壓有機化學氣相沉積方法(MOCVD)，并在設備上配有原位反射監視儀，用以監測薄膜生長速度。生長過程如下：以(0001)晶向藍寶石為襯底，首先將反應室溫度升高到1200℃，通入氫氣處理10分鐘，用以去除表面污染。隨后將反應室溫度降至900℃，依次生長AlN高溫緩沖層，厚度為200nm,及n-AlGaN薄膜層，其厚度為500nm。以三甲基鎵(TMGa)和三甲基鋁(TMAl)為鎵源和鋁源，以NH₃作為氮源，n型摻雜劑采用硅烷(SiH₄)，生長溫度為1000℃.

②將50mM乙酸鎳溶于乙醇，制得籽晶溶液；將生長的n-AlGaN襯底置于旋涂機上，將配制好的籽晶溶液滴于表面，靜置5分鐘按照2500轉/分轉速進行旋涂，旋涂時間為5min，隨后將生長有籽晶的襯底置于快速加熱臺，在200℃條件下快速加熱15分鐘后，隨后自然冷卻到室溫；

③將0.85g硝酸鎳和0.70g六次甲基四胺溶于100ml水，快速攪拌均勻，制得反應溶液；

④將步驟②生長有NiO籽晶層的n-AlGaN薄膜襯底片浸入步驟③混合溶液中，于90℃溫度反應5小時，反應結束取出在NiO籽晶層生長有NiO納米片狀結構層的n-AlGaN薄膜襯底片，并用水洗滌、干燥；

⑤將具有0.1cm溝道并鍍有ITO透明電極的玻璃基片，貼于步驟④所得NiO納米片狀結構層表面，并加以固定。

本發明與現有技術相比具有如下優點：

1、本發明的產品對紫外光(UV-A波段)有著非常好的光響應。

2、本發明的制備方法不需要催化劑，生長溫度低，重復性好，操作簡單，制造成本低。

附圖說明