一种带隙可调的三元合金LuxIn1-xO材料的制备及其日盲紫外探测器的应用

技术领域

本发明涉及光电探测领域，具体涉及一种带隙可调的三元合金Lu

背景技术

基于宽禁带半导体制备的日盲紫外探测器在体积、可靠性、以及应用灵活性等方面具有显著优势，在近地通讯、火焰探测以及生态环境检测等领域受到广泛关注。为提高探测器在日盲紫外波段的光谱选择性，通常要求制备探测器的光敏层半导体材料的带隙要大于4.2eV。氧化镓、金刚石、AlN等半导体，由于具有本征超宽带隙的特点，是当前制备日盲紫外探测器的理想候选材料。然而，具有本征宽带隙的半导体材料的种类有限，将会阻碍多类型日盲紫外探测器的发展。

通过能带工程将窄带隙的半导体材料的带隙展宽，是拓宽日盲紫外探测器光敏层材料的选择范围常用策略。例如，可通过组分调控实现带隙的展宽的MgZnO、AlGaN三元合金材料，已被报道用于高性能日盲紫外探测器的制备。将这些传统的、具有结晶取向的三元合金实现日盲带隙的展宽往往需要严苛的合成工艺，因而，具有简单合成工艺特点的非晶合金材料的带隙调控在能带工程领域获得重大关注。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种带隙可调的三元合金Lu

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

本发明第一方面提供了一种带隙可调的三元合金Lu

In

优选地，所述氧化铟靶材的溅射功率为30W。

优选地，所述基底为蓝宝石衬底，所述蓝宝石衬底上外延生长GaN薄膜。

优选地，将20sccmAr以及3sccm O

优选地，所述Lu

本发明第二方面提供了一种所述的带隙可调的三元合金Lu

本发明第三方面提供了所述的带隙可调的三元合金Lu

本发明第四方面提供了一种日盲紫外探测器，其结构包括由下自上依次设置的：

蓝宝石衬底；所述蓝宝石衬底上外延生长GaN薄膜；

三元合金薄膜，所述三元合金薄膜沉积在所述蓝宝石衬底表面；所述三元合金薄膜为所述的带隙可调的三元合金Lu

所述日盲紫外探测器的正电极为Pt，负电极为In。

所述日盲紫外探测器的正电极Pt通过溅射方法沉积在三元合金薄膜的表面；器件的负电极In通过电烙铁直接焊接在GaN衬底上。

优选地，所述三元合金薄膜为Lu

优选地，所述三元合金薄膜的厚度为190-220nm；所述GaN薄膜厚度为800-1200nm；进一步优选地，所述三元合金薄膜的厚度为200-210nm；所述GaN薄膜厚度为900-1000nm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用磁控共溅射的方法将Lu原子引入In

附图说明

图1为沉积在蓝宝石衬底上具有不同Lu组分掺杂的Lu

图2为Lu

图3为Lu

图4为Lu

图5为Lu

图6为Pt/Lu

图7为电极接触测试：In/In及相邻Pt/Pt之间的I-V曲线；

图8为黑暗及光照条件下器件的I-V(对数坐标)；

图9为器件在0V偏压下的光谱；

图10为0V偏压下器件的光电性能；

图11为Au/Lu

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为可通过常规的商业途径购买得到。

实施例1

本实施例提供了一种Lu

利用磁控溅射方法(金盛微纳MSP-3220)共溅射氧化铟陶瓷靶材(纯度99.99％)与氧化镥陶瓷靶材(纯度99.5％)生长三元合金薄膜。首先，选择蓝宝石衬底，三元合金薄膜中Lu组分与In的掺杂比例通过靶材的溅射功率来调控。其中，氧化铟靶材的溅射功率维持为30W而氧化镥靶材的溅射功率依次采用0W、60W、90W、100W、150W。接着，将20sccmAr以及3sccm O

构建Lu

沉积在蓝宝石衬底上的三元合金薄膜的带隙宽度与薄膜吸收系数之间关系如图1所示。可清晰看到，随着氧化镥溅射功率的增加，薄膜的带隙随之增加，这意味着Lu组分掺杂能够有效展宽Lu

Pt/Lu

器件在0V偏压下的光电性能如图10所示，其中，(a)单周期I-T；(b)多周期I-T；(c)变光率条件下单周期I-T；(d)器件衰减时间随光功率的变化关系曲线；(e)变功率条件下I-V曲线；(f)开路电压与短路电流随光功率变化的曲线。在单周期光功率9.91μW、254nm光照条件下，器件的衰减时间～0.56s(图10a)，器件的衰减时间定义为电流最大值的90％变化到最小值的百分之10％所花费的时间。当采用多周期日盲紫外光辐照时，器件时间依赖光电流曲线稳定且可重复(图10b)。同时器件的动态开关比高于2个数量级。这些都表明器件具有较快及可靠地日盲紫外信号探测性能。在图10c中，器件的饱和光电流随光功率的增大而增大可归因于更多光生载流子的形成。此外，器件的衰减时间随光功率的增加而减少(图10d)。这可归因于大光功率条件下光生载流子的增加所引起的载流子寿命的减少。依据器件在变功率光照条件的I-V曲线(图10e)，可以得到开路电压、短路电流都与光功率之间呈现正相关的关系(图10f)。其中，短路电流与光功率之间进行线性关系拟合得到的指数因子接近理想指数因子1。这暗示着该器件在光伏工作模式下具有稳定均一的输出特性。

对比例1

本对比例在实施例1的基础上构建Au/Lu

Au/Lu

Au/Lu

综上，采用磁控溅射方法将氧化铟与氧化镥形成合金，且可以实现Lu

以上对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。