專利名稱：肖特基型室溫核輻射探測(cè)器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種核輻射探測(cè)器及其制備方法，具體涉及一種肖特基型 GaN室溫核輻射探測(cè)器及其制備方法。
背景技術(shù)：
室溫核輻射探測(cè)器是繼氣體探測(cè)器、閃爍體探測(cè)器之后發(fā)展起來(lái)的一類 新型探測(cè)器，具有室溫靈敏度髙、噪聲低、響應(yīng)光譜寬、脈沖時(shí)間短、探測(cè) 效率髙、抗輻照損傷能力強(qiáng)、穩(wěn)定性髙等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)境監(jiān)測(cè)、核醫(yī)學(xué)、工業(yè) 無(wú)損檢測(cè)、安全檢查、核武器突防、航空航天、天體物理和髙能物理等領(lǐng)域 具有廣泛的用途，已經(jīng)成為現(xiàn)代髙科技領(lǐng)域的前沿研究熱點(diǎn)之一。由于室溫核輻射探測(cè)器要求在室溫下工作，且對(duì)能量分辨率和探測(cè)效率 要求較髙，所以對(duì)制備探測(cè)器的材料也提出了很髙的要求。 一般認(rèn)為必須滿 足如下要求①較高的原子序數(shù)，確保對(duì)Y射線有較髙的阻止本領(lǐng)，從而保 證探測(cè)器具有較髙的探測(cè)效率；②較大的禁帶寬度，保證探測(cè)器在室溫下工作時(shí)，具有較髙的電阻率和較低的漏電流；(D良好的工藝性能，容易制得純 度髙、完整性好的單晶體，同時(shí)具有優(yōu)良的機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性，便于進(jìn) 行機(jī)械加工，容易制作成勢(shì)壘接觸或歐姆接觸；④優(yōu)異的物理性能，能耐較 髙的反向偏壓，反向漏電流小，正向電流也小，同時(shí)材料中載流子的遷移率 -壽命積要大，確保探測(cè)器具有良好的能量分辨率。此外，這些半導(dǎo)體材料在 其單晶生長(zhǎng)、晶體加工上也應(yīng)有較為成熟的工藝，因此，符合上述要求的材 料很少。目前，研究最多的是CdZnTe(CZT)室溫核輻射探測(cè)器，美國(guó)、俄羅斯等 國(guó)都已將CZT晶體材料及其探測(cè)器商業(yè)化，然而，該晶體材料存在如下問(wèn) 題①由于CZT晶體材料的熱傳導(dǎo)率極低、其堆垛缺陷形成能較小，使其 在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中，溫度波動(dòng)等因素極易引起孿晶的出現(xiàn)；②由于其臨界切 應(yīng)力低，極易產(chǎn)生位錯(cuò)；③其組成元素中，Cd的蒸氣分壓較其它兩種組分的蒸氣分壓髙得多，易造成熔體富Te;④在其晶體生長(zhǎng)的降溫過(guò)程中，髙溫 下存在的固溶區(qū)其寬度在室溫時(shí)將收縮至"0",容易形成Te沉淀/夾雜，從 而影響材料性能因此，制備髙質(zhì)量的CZT晶體及其探測(cè)器是比較困難的， 其成本也非常昂貴。現(xiàn)今作為第三代半導(dǎo)體材料代表的GaN及其多元合金材料，因其獨(dú)特而 優(yōu)異的光學(xué)和電學(xué)性能，備受學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的關(guān)注和青睞，特別在光電子 (如發(fā)給二極管LED和激光二極管)和微電子(髙電子遷移率晶體管HEMT)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用尤其活躍，是當(dāng)今半導(dǎo)體界的國(guó)際焦點(diǎn)。在探測(cè)器領(lǐng)域，GaN基材料也逐漸成為紫外探測(cè)器、特別是太陽(yáng)光盲紫 外探測(cè)器的研究熱點(diǎn)。例如，《半導(dǎo)體學(xué)報(bào)》第25巻第6期第711頁(yè)至714 頁(yè)的"GaN基肖特基結(jié)構(gòu)紫外探測(cè)器" 一文，即公開了一種GaN基的紫外 探測(cè)器，由生長(zhǎng)在藍(lán)寶石襯底上的20納米的GaN緩沖層、1微米的ii型GaN 外延層和0.6微米的本征GaN外延層構(gòu)成，表面制備肖特基電極，并通過(guò)光 刻在n型GaN外延層上制備歐姆電極，具有良好的紫外探測(cè)性能。由于GaN 具有寬帶隙、強(qiáng)共價(jià)鍵結(jié)合、髙熔點(diǎn)、高擊穿電場(chǎng)、抗腐蝕、抗輻射等優(yōu)良 性能，因此發(fā)明人認(rèn)為其可以作為室溫核輻射探測(cè)器半導(dǎo)體材料，解決現(xiàn)有 CZT室溫核輻射探測(cè)器存在的問(wèn)題。然而，現(xiàn)有的GaN紫外探測(cè)器厚度只 有1 2微米，并不適用于室溫核輻射探測(cè)。另一方面，現(xiàn)有技術(shù)中，在制備肖特基型探測(cè)器時(shí)，采用的是單向生長(zhǎng) 工藝，采用多步光刻的方式制備接觸電極，因而制備工藝比較復(fù)雜，這也同 時(shí)增加了探測(cè)器的制作成本。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是提供一種肖特基型室溫核輻射探測(cè)器及其制備方法，獲得 的探測(cè)器應(yīng)當(dāng)具有良好的室溫靈敏度、探測(cè)效率和穩(wěn)定性，同時(shí)，簡(jiǎn)化制備 工藝，降低成本。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 一種肖特基型室溫核輻射 探測(cè)器，包括以GaN基底形成的肖特基結(jié)構(gòu)、肖特基電極和歐姆電極，所 述GaN基底為厚膜結(jié)構(gòu)，其厚度為100um 200iim,所述肖特基電極和歐姆電極分別位于GaN基底的兩側(cè)表面上。上述技術(shù)方案中，所述GaN基底是GaN單晶厚膜，電阻率為106 109Q*cm,位錯(cuò)密度小于106cm-2。上述技術(shù)方案中，與ii型摻雜層相連的接觸電極是在n型摻雜層外表面 沉積10nm 30nm的Ti/Au而成的，而在另一表面沉積10nm 30nm的Pd 或Au而制成的接觸電極。該種肖特基型室溫核輻射探測(cè)器的制備方法，包括如下步驟1) 采用MOCVD法，在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)GaN薄膜，薄膜厚度在lum 4um之間2) 將上述GaN薄膜作為新的襯底，生長(zhǎng)GaN單晶厚膜；3) 當(dāng)GaN單晶厚膜厚度為100um 200um時(shí)，生長(zhǎng)結(jié)束，進(jìn)行降溫， 使GaN單晶厚膜從襯底上分離，得到GaN單晶襯底；4) 在上述GaN單晶厚膜襯底的一面生長(zhǎng)n-GaN(Si)薄膜，Si離子摻雜 濃度為5xl017/cm2 5xl019/cm3,形成n型摻雜層，厚度為lum 3um;5) 在上述n型摻雜層上沉積10nm 30nm的Ti/Au,制成歐姆電極；再 在另一面上沉積10nm 30nm的Pd或Au,制成肖特基電極；6) 經(jīng)鈍化、封裝后制成肖特基型GaN室溫核輻射探測(cè)器。 由于上述技術(shù)方案的使用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有下列優(yōu)點(diǎn)1. 由于本發(fā)明采用的GaN厚膜厚度有100um 200um,適應(yīng)于核輻射 能量較大的情形，GaN材料具有髙電阻率、大原子序數(shù)、強(qiáng)共價(jià)鍵結(jié)合、髙 熔點(diǎn)、髙擊穿電場(chǎng)、抗腐蝕、抗輻射等優(yōu)良性能，因此，用其制備的室溫核 輻射探測(cè)器具有良好的室溫靈敏度、探測(cè)效率和穩(wěn)定性，更適用于強(qiáng)輻射場(chǎng) 的探測(cè)領(lǐng)域；2. 本發(fā)明采用厚膜，可以脫離藍(lán)寶石襯底，將電極分別制作在探測(cè)器 兩面，因而省去了套刻光刻工藝，生長(zhǎng)方法新穎，制作工藝簡(jiǎn)單；3. 由于本發(fā)明使用的GaN材料具有良好的機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性，其 材料生長(zhǎng)工藝較為成熟，易制備得到髙質(zhì)量的GaN晶體材料；4. 本發(fā)明的GaN材料具有更寬的禁帶寬度(GaN為3.39， CZT為1.5)， 因此由其制備的室溫核輻射探測(cè)器不需要通過(guò)降溫來(lái)減少熱噪聲，可以真正實(shí)現(xiàn)室溫工作。


附圖1是本發(fā)明實(shí)施例一的層次結(jié)構(gòu)示意圖。其中1、 GaN單晶厚膜襯底；2、 n型摻雜層；3、歐姆電極；4、肖特 基電極。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述實(shí)施例一參見附圖l所示， 一種肖特基型室溫核輻射探測(cè)器，包括以 GaN基底形成的肖特基結(jié)構(gòu)、肖特基電極和歐姆電極，所述GaN基底由GaN 單晶厚膜襯底1和n型摻雜層2構(gòu)成，厚度分別為100um 200um和2um, n型摻雜層2表面設(shè)置所述歐姆接觸電極3,襯底的另一側(cè)表面設(shè)置所述肖 特基結(jié)電極4。其中，所述GaN基底的電阻率為106 109ft*cm,位錯(cuò)密度小于106cm-2。 所述電極是在所述GaN基底的兩個(gè)表面分別沉積10nm/30nm的Ti/Au， 和20nm的Pd或Au而制成的接觸電極。上述肖特基型室溫核輻射探測(cè)器的制備方法，包括如下步驟1) 采用MOCVD法，在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)GaN薄膜，薄膜厚度在lum 4um之間；2) 將上述GaN薄膜作為新的襯底，生長(zhǎng)GaN單晶厚膜；3) 當(dāng)GaN單晶厚膜厚度為100um 200um時(shí)，生長(zhǎng)結(jié)束，進(jìn)行降溫， 使GaN單晶厚膜從襯底上分離，得到GaN單晶襯底；4) 在上述GaN單晶厚膜襯底的一面生長(zhǎng)n-GaN(Si)薄膜，Si離子摻雜 濃度為5xl017/cm2 5xl019/cm3,形成n型摻雜層，厚度為lum 3um;5) 在上述n型摻雜層上沉積10nm 30nm的Ti/Au,制成歐姆電極；再 在另一面上沉積10nm 30nm的Pd或Au,制成肖特基電極6) 經(jīng)鈍化、封裝后制成肖特基型GaN室溫核輻射探測(cè)器。
權(quán)利要求
1.一種肖特基型室溫核輻射探測(cè)器，包括以GaN基底形成的肖特基結(jié)構(gòu)、肖特基電極和歐姆電極，其特征在于所述GaN基底為厚膜結(jié)構(gòu)，其厚度為100um～200um，所述肖特基電極和歐姆電極分別位于GaN基底的兩側(cè)表面上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的肖特基型室溫核輻射探測(cè)器，其特征在于 所述GaN基底是GaN單晶厚膜，電阻率為106 109Q'cm，位錯(cuò)密度小于 106cnT2。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的肖特基型室溫核輻射探測(cè)器，其特征在于 所述電極是在所述GaN基底的兩個(gè)表面分別沉積10nm 30nm的Pd或Au 而制成的接觸電極。
4. 一種肖特基型室溫核輻射探測(cè)器的制備方法，其特征在于，包括如 下步驟 1) 采用MOCVD法，在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)GaN薄膜，薄膜厚度在lum 4um之間； 2) 將上述GaN薄膜作為新的襯底，生長(zhǎng)GaN單晶厚膜； 3) 當(dāng)GaN單晶厚膜厚度為100um 200um時(shí)，生長(zhǎng)結(jié)束，進(jìn)行降溫， 使GaN單晶厚膜從襯底上分離，得到GaN單晶襯底 4) 在上述GaN單晶厚膜襯底的一面生長(zhǎng)ii-GaN(Si)薄膜，Si離子摻雜 濃度為5xl017/Cm2 5xl019/Cm3,形成n型摻雜層，厚度為lum 3nm; 5) 在上述n型摻雜層上沉積10nm 30nm的Ti/Au，制成歐姆電極；再 在另一面上沉積10nm 30nm的Pd或Au，制成肖特基電極； 6) 經(jīng)鈍化、封裝后制成肖特基型GaN室溫核輻射探測(cè)器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種肖特基型室溫核輻射探測(cè)器，包括以GaN基底形成的肖特基結(jié)構(gòu)、肖特基電極和歐姆電極，其特征在于所述GaN基底為厚膜結(jié)構(gòu)，其厚度為100um～200um，所述肖特基電極和歐姆電極分別位于GaN基底的兩側(cè)表面上。由于本發(fā)明使用的GaN材料具有寬禁帶寬度、高電阻率、大原子序數(shù)、強(qiáng)共價(jià)鍵結(jié)合、高熔點(diǎn)、高擊穿電場(chǎng)、抗腐蝕、抗輻射等優(yōu)良性能，制備的室溫核輻射探測(cè)器具有良好的室溫靈敏度、探測(cè)效率和穩(wěn)定性，更適用于強(qiáng)輻射場(chǎng)的探測(cè)領(lǐng)域。同時(shí)，本發(fā)明的制造工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，適于工業(yè)化推廣。
文檔編號(hào)H01L31/18GK101241948SQ20081001983
公開日2008年8月13日 申請(qǐng)日期2008年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月18日
發(fā)明者敏 陸 申請(qǐng)人:蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所