本發(fā)明涉及一種x射線探測器及其制作方法，特別是涉及一種新型光導(dǎo)型氮化鎵基室溫x射線探測器結(jié)構(gòu)，該探測器為垂直結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

在第三代半導(dǎo)體中，gan以高遷移率、禁帶寬度大、擊穿電場強(qiáng)、抗輻射性強(qiáng)等優(yōu)異的性能在在半導(dǎo)體激光器、紫外探測器、發(fā)光二級管還有功率開關(guān)器件等半導(dǎo)體器件上有著重大的應(yīng)用。近年來由于在抗輻射性、高熔點(diǎn)、化學(xué)穩(wěn)定性方面具有優(yōu)良的性質(zhì)，gan基探測器在核探測器領(lǐng)域也受到關(guān)注和研究。早期的半導(dǎo)體核探測器如li漂移si、高純ge核探測器對核輻射的抗性較差，在核輻射下性能容易變差。而且這些探測器雖然具有較高的探測效率和能量分辨率，但需要在低溫的條件下工作，使用和攜帶不方便。gan核輻射探測器在理論上可以承受比si探測器要高出兩個(gè)量級的輻射劑量，其更優(yōu)異的輻射抗性、化學(xué)穩(wěn)定性和耐高溫性，很有希望取代傳統(tǒng)的半導(dǎo)體核輻射探測器，在未來環(huán)境監(jiān)測、核醫(yī)學(xué)、核武器探測、航空航天等方面起到重大作用。

目前受到gan材料生長技術(shù)的限制，本征高阻的gan難以獲得，而通常非故意摻雜的gan材料具有較高的背景載流子濃度，使得該材料在器件應(yīng)用上具有很高的暗電流。當(dāng)在gan材料中摻入一些金屬元素，比如鐵、碳等，作為深受主起到補(bǔ)償電荷的作用，使得其電阻率可以高達(dá)108～109ωcm。因此即使工作在較高的偏壓下，也還具有較小的漏電流。目前，獲得高阻gan一般都是利用hvpe方法生長gan的同時(shí)，進(jìn)行fe摻雜，就可以形成半絕緣的gan材料，同時(shí)獲得的材料具有高阻跟高質(zhì)量的特點(diǎn)。目前垂直器件的研究非常的火熱，垂直器件比平面器件在載流子注入、熱穩(wěn)定等方面具有更優(yōu)異的性能。垂直型光導(dǎo)型gan基x射探測器機(jī)理簡單，具有非常高的探測靈敏度，在核探測和成像具有很好的應(yīng)用前景。但目前有關(guān)垂直型光導(dǎo)型gan基x射探測器的報(bào)道尚較少。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種x射線探測器及其制作方法，以提高對x射線的靈敏度及 對強(qiáng)輻射的測量。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

本發(fā)明實(shí)施例公開一種x射線探測器，其為垂直型結(jié)構(gòu)，包括自支撐氮化鎵襯底，該自支撐氮化鎵襯底的鎵面和氮極性面分別形成有電極結(jié)構(gòu)，位于鎵面的所述電極結(jié)構(gòu)的邊緣形成有鈍化層，并滿足下列條件中的至少一者：

所述自支撐氮化鎵襯底的電阻率大于10⁸ωcm；

所述自支撐氮化鎵襯底的位錯(cuò)密度小于10⁶cm^-2；

所述自支撐氮化鎵襯底的厚度大于350微米。

優(yōu)選的，在上述的x射線探測器中，所述電極結(jié)構(gòu)為ti/al/ni/au。

優(yōu)選的，在上述的x射線探測器中，所述鈍化層為sio2。

相應(yīng)的，本發(fā)明還公開了一種x射線探測器的制作方法，包括如下步驟：

s1、在自支撐氮化鎵襯底的鎵面使用化學(xué)氣相沉積鈍化層，刻蝕鈍化層形成窗口，并將鎵面暴露出該窗口；

s2、在窗口內(nèi)蒸鍍ti/al/ni/au四層金屬；

s3、在氮?dú)鈿夥障峦嘶?，形成鎵面電極；

s4、對自支撐氮化鎵襯底的氮極性面進(jìn)行表面處理，采用感應(yīng)離子耦合刻蝕氮極性面以去除表面損傷層，通過退火進(jìn)行表面修復(fù)；

s5、在自支撐氮化鎵襯底蒸鍍ti/al/ni/au四層金屬，形成氮極性面電極。

優(yōu)選的，在上述的x射線探測器的制作方法中，所述步驟s1中，鈍化層沉積前還包括：對鎵面使用丙酮清洗3～5min，再使用異丙醇清洗3～5min，最后用去離子水沖洗并用氮?dú)獯蹈伞?/p>

優(yōu)選的，在上述的x射線探測器的制作方法中，所述步驟s4中，表面處理前還包括：對氮極性面使用丙酮清洗3～5min，再使用異丙醇清洗3～5min，最后用去離子水沖洗并用氮?dú)獯蹈伞?/p>

優(yōu)選的，在上述的x射線探測器的制作方法中，所述步驟s3中，退火溫度850～890°，退火時(shí)間25～30秒。

優(yōu)選的，在上述的x射線探測器的制作方法中，所述步驟s4中，感應(yīng)離子耦合刻蝕所需氣體分別為：cl2流量為80～85sccm，bcl2為10～15sccm，刻蝕時(shí)間為3～5min；退火溫度為400℃～500℃，退火時(shí)間為5min～10min。

優(yōu)選的，在上述的x射線探測器的制作方法中，所述步驟s2和s5中，所述ti/al/ni/au四層金屬厚度分別為20～25nm、120～130nm、20～50nm、100～150nm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)本發(fā)明使用的是高阻108ωcm以上電阻率的氮化鎵襯底，使得漏電流達(dá)到一個(gè)較低的水平。

(2)使用垂直型結(jié)構(gòu)，使得器件能探測更高強(qiáng)度的x射線，避免探測器達(dá)到飽和。

(3)使用邊緣鈍化層及場板，使得能耐加更大的偏壓，提高靈敏度，防止器件擊穿。

(4)使用350微米以上厚度的襯底，使得對高能量的x射線也有較好的響應(yīng)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明中記載的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1所示為本發(fā)明具體實(shí)施例中x射線探測器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2所示為本發(fā)明具體實(shí)施例中x射線探測器的制作方法流程圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明主要是在高阻的氮化鎵襯底上制備，電阻率要高于10⁸～10⁹ωcm，位錯(cuò)密度要低于一定值(10⁶cm^-2)，降低器件漏電流。在器件上加高壓，使得在x射線照射下產(chǎn)生的電子空穴對能迅速分開，提高對x射線的靈敏度。由于器件襯底厚度達(dá)到350微米以上，使得對高能量的x射線也有較好的響應(yīng)。

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。這些優(yōu)選實(shí)施方式的示例在附圖中進(jìn)行了例示。附圖中所示和根據(jù)附圖描述的本發(fā)明的實(shí)施方式僅僅是示例性的，并且本發(fā)明并不限于這些實(shí)施方式。

在此，還需要說明的是，為了避免因不必要的細(xì)節(jié)而模糊了本發(fā)明，在附圖中僅僅示出了與根據(jù)本發(fā)明的方案密切相關(guān)的結(jié)構(gòu)和/或處理步驟，而省略了與本發(fā)明關(guān)系不大的其他細(xì)節(jié)。

結(jié)合圖1所示，x射線探測器，其為垂直型結(jié)構(gòu)，包括自支撐氮化鎵襯底1，該自支 撐氮化鎵襯底1的鎵面和氮極性面分別形成有電極結(jié)構(gòu)2，位于鎵面的電極結(jié)構(gòu)的邊緣形成有鈍化層3，并滿足：

自支撐氮化鎵襯底的電阻率大于10⁸ωcm；

自支撐氮化鎵襯底的位錯(cuò)密度小于10⁶cm^-2；

自支撐氮化鎵襯底的厚度大于350微米。

進(jìn)一步地，電極結(jié)構(gòu)為ti/al/ni/au；鈍化層為sio2。

結(jié)合圖2所示，上述x射線探測器的制作流程包括：

s01、對半絕緣自支撐氮化鎵襯底鎵面使用丙酮清洗3-5min，再使用異丙醇清洗3-5min，最后用去離子水沖洗并用氮?dú)鈽尨蹈伞?/p>

s02、在半絕緣自支撐氮化鎵樣品的鎵面使用化學(xué)氣相沉積鍍sio2介質(zhì)層。

s03、在半絕緣自支撐氮化鎵樣品鎵面上使用紫外光刻技術(shù)在樣品上作光刻圖形。

s04、使用反應(yīng)離子刻蝕方法刻蝕鎵面，刻蝕出一個(gè)窗口。

s05、使用丙酮、異丙醇清洗光刻膠，氮?dú)鈸尨蹈伞?/p>

s06、再使用紫外光刻技術(shù)在氮化鎵樣品鎵面介質(zhì)層上作光刻圖形。

s07、使用電子束蒸發(fā)在樣品鎵面蒸鍍ti/al/ni/au(20～25nm/120～130nm/20～50nm/100～150nm)。

s08、通過丙酮做lift-off得到電極的圖形。

s09、將樣品置于快速退火爐中在氮?dú)鈿夥障?90℃退火30秒。

s10、制備鎵面電極后，再使用丙酮對半絕緣gan材料的氮極性面表面清洗3-5min，再使用異丙醇對樣品表面清洗3-5min，最后用去離子水沖洗并用氮?dú)鈽尨蹈伞?/p>

s11、將清洗完的半絕緣gan材料氮極性面使用icp(感應(yīng)離子耦合)刻蝕，刻蝕所需氣體分別為：cl2流量為80～85sccm，bcl2為10～15sccm，刻蝕時(shí)間為3～5min。

s12、將刻蝕完后的半絕緣gan的氮面朝上，放入退火爐中進(jìn)行快速退火，退火溫度為400℃～500℃，退火時(shí)間為5min～10min。

s13、使用電子束蒸發(fā)在半絕緣自支撐氮化鎵自氮極性面上蒸鍍ti/al/ni/au(20～25nm/120～130nm/20～50nm/100～150nm)電極。

s14、制備完成光導(dǎo)型x探測器。

最后，還需要說明的是，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且 還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。