本發(fā)明屬于探測器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種光波檢測用襯底及其制備方法。
背景技術(shù)：
由于目前太赫茲光源的輻射功率普遍都比較低，而現(xiàn)有的光波檢測器普遍具有響應(yīng)速度慢(熱釋電探測器)、探測頻率窄(肖特基二極管)、靈敏度差(golaycell探測器)和需要低溫工作(測輻射熱計)的缺點，因此發(fā)展一種高速、高靈敏度、高信噪且在室溫、甚至超室溫條件下可以工作的光波檢測器尤為重要?，F(xiàn)有技術(shù)由于鎵氮與藍寶石襯底的晶格失配和熱失配都很大，生長的樣品表面形貌很差，外延薄膜存在裂紋；可以先在低溫制備緩沖層再高溫生長鋁鎵氮/鎵氮，可以稍微提高生長效果；但是提高有限，而且造成成本升高、步驟繁瑣、資源消耗，因為第一步也需要在超過500度的高溫下進行，關(guān)鍵是如果第一步存在缺陷會嚴重影響第二步，效果不如直接在藍寶石上制備。襯底對外延鋁鎵氮/鎵氮晶體質(zhì)量影響大，對器件的性能和可靠性產(chǎn)生重要影響，這是現(xiàn)有技術(shù)光波檢測器成熟緩慢的主要原因。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明公開了一種光波檢測用襯底及其制備方法。
一種光波檢測用襯底的制備方法，包括以下步驟：
(1)將氧化石墨烯、環(huán)氧樹脂加入pma，回流攪拌10分鐘后加入甲基三甲氧基硅烷與二苯基硅二醇，繼續(xù)攪拌45分鐘，然后加入二乙基亞磷酸酯、過氧化二異丙苯，攪拌10分鐘，得到有機層前驅(qū)體；
(2)向乙醇和三氟乙酸中加入六氯銥酸銨，攪拌后，在氮氣保護下，再加入仲丁基鋰、辛酸亞錫；回流攪拌80分鐘后加入氨水；反應(yīng)90分鐘后自然冷卻至室溫，加入乙酸乙酯，靜置后離心，得到離心沉淀物；
(3)將離心沉淀物水洗后分散于乙醇中得分散體系；在分散體系中加入九水合硝酸鋁、硝酸鈷、水，攪拌35分鐘加入三茂釤，攪拌3小時，得到陶瓷層前驅(qū)體；
(4)將離心沉淀物水洗后分散于乙醇中得分散體系，再加入聚乙烯醇、雙氧水、四苯基卟啉鐵，60℃攪拌2小時，然后加入4-乙烯基苯甲酸甲酯、3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、聚羥基丁酸酯，回流攪拌10分鐘，然后濃縮得到固含量65％的濃縮物；將濃縮物進行超重力處理；然后噴霧干燥，得到納米粉；所述超重力處理的轉(zhuǎn)速為45000～50000rpm；濃縮物的流量為140～150ml/min；
(5)將納米粉加入有機層前驅(qū)體中，攪拌15分鐘后加入碳納米管，攪拌90分鐘得到復合層前驅(qū)體；
(6)在清潔的硅片上依次涂覆有機層前驅(qū)體、復合層前驅(qū)體、陶瓷層前驅(qū)體，得到襯底；每次涂覆后200℃下干燥。
本發(fā)明還公開了一種光波檢測用襯底前驅(qū)體的制備方法，所述光波檢測用襯底前驅(qū)體包括有機層前驅(qū)體、復合層前驅(qū)體、陶瓷層前驅(qū)體；制備包括以下步驟：
(1)將氧化石墨烯、環(huán)氧樹脂加入pma，回流攪拌10分鐘后加入甲基三甲氧基硅烷與二苯基硅二醇，繼續(xù)攪拌45分鐘，然后加入二乙基亞磷酸酯、過氧化二異丙苯，攪拌10分鐘，得到有機層前驅(qū)體；
(2)向乙醇和三氟乙酸中加入六氯銥酸銨，攪拌后，在氮氣保護下，再加入仲丁基鋰、辛酸亞錫；回流攪拌80分鐘后加入氨水；反應(yīng)90分鐘后自然冷卻至室溫，加入乙酸乙酯，靜置后離心，得到離心沉淀物；
(3)將離心沉淀物水洗后分散于乙醇中得分散體系；在分散體系中加入九水合硝酸鋁、硝酸鈷、水，攪拌35分鐘加入三茂釤，攪拌3小時，得到陶瓷層前驅(qū)體；
(4)將離心沉淀物水洗后分散于乙醇中得分散體系，再加入聚乙烯醇、雙氧水、四苯基卟啉鐵，60℃攪拌2小時，然后加入4-乙烯基苯甲酸甲酯、3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、聚羥基丁酸酯，回流攪拌10分鐘，然后濃縮得到固含量65％的濃縮物；將濃縮物進行超重力處理；然后噴霧干燥，得到納米粉；所述超重力處理的轉(zhuǎn)速為45000～50000rpm；濃縮物的流量為140～150ml/min；
(5)將納米粉加入有機層前驅(qū)體中，攪拌15分鐘后加入碳納米管，攪拌90分鐘得到復合層前驅(qū)體。
本發(fā)明還公開了一種光波檢測系統(tǒng)的制備方法，包括以下步驟，在上述襯底上利用外延法制備鋁鎵氮/鎵氮層；然后制備有源區(qū)臺面、柵介質(zhì)、歐姆接觸窗口、電極，從而得到光波檢測器；將光波檢測器進行封裝，得到光波檢測裝置；將光波檢測裝置與支架、電腦、信號燈組合，得到光波檢測系統(tǒng)。
本發(fā)明還公開了一種光波檢測器的制備方法，包括以下步驟，在上述襯底上利用外延法制備鋁鎵氮/鎵氮層；然后制備有源區(qū)臺面、柵介質(zhì)、歐姆接觸窗口、電極，從而得到光波檢測器。
本發(fā)明還公開了一種光波檢測裝置的制備方法，包括以下步驟，在上述襯底上利用外延法制備鋁鎵氮/鎵氮層；然后制備有源區(qū)臺面、柵介質(zhì)、歐姆接觸窗口、電極，從而得到光波檢測器；將光波檢測器進行封裝，得到光波檢測裝置。
本發(fā)明中，六氯銥酸銨、仲丁基鋰、辛酸亞錫、乙醇、三氟乙酸、氨水、九水合硝酸鋁、硝酸鈷、水、三茂釤的質(zhì)量比為10∶5∶25∶150∶100∶20∶30∶25∶40∶5；本發(fā)明限定各組分用量及工藝參數(shù)，一方面因為在本發(fā)明之前沒有可參考文獻，更沒有理論指導，二方面因為異質(zhì)體尤其用于檢測器件的異質(zhì)體的制備過程十分關(guān)鍵，是器件性能的基礎(chǔ)，直接影響器件應(yīng)用價值，三方面因為本發(fā)明限定的條件制備的襯底用于器件制備，取得的技術(shù)效果非常好，尤其是有機層前驅(qū)體、復合層前驅(qū)體、陶瓷層前驅(qū)體三層材料的配合，既解決了異質(zhì)結(jié)支撐的問題，又避免了現(xiàn)有基底比如藍寶石存在的缺陷，還因為納米粉的使用，使得襯底力學性能強，電性能好。離心沉淀物、聚乙烯醇、雙氧水、四苯基卟啉鐵、4-乙烯基苯甲酸甲酯、3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、聚羥基丁酸酯的質(zhì)量比為100∶20∶5∶0.1∶10∶5∶10；本發(fā)明通過加入聚乙烯醇的同時加入雙氧水、四苯基卟啉鐵，除了增加納米粉表面活性之外，更重要的是對聚乙烯醇的分子量有所減少即對聚乙烯醇的分子鏈有一定的降解作用，這對后續(xù)導電納米粉與樹脂混合后，提高金屬氧化物的分散性能以及連續(xù)性能有關(guān)鍵幫助，尤其是避免聚乙烯醇對整體性能的影響，充分發(fā)揮了聚乙烯醇在導電粉體表面結(jié)合其他化合物提高活性以及增加相容性從而體現(xiàn)良好電性能的優(yōu)點，增加了外延制備過程燒結(jié)效果。氧化石墨烯、環(huán)氧樹脂、pma、甲基三甲氧基硅烷、二苯基硅二醇、二乙基亞磷酸酯、過氧化二異丙苯的質(zhì)量比為5∶100∶100∶20∶15∶20∶2；納米粉、有機層前驅(qū)體、碳納米管的質(zhì)量比為100∶45∶1.5；所述氨水的質(zhì)量濃度為15％；所述聚乙烯醇的分子量為1500～2000；有機層前驅(qū)體、復合層前驅(qū)體、陶瓷層前驅(qū)體在耐熱基底上的厚度分別為20微米、800微米、400微米；所述外延法為金屬有機物化學氣相外延法、分子束外延法或者氫化物氣相外延法。本發(fā)明在外延制備鎵氮過程中，各層發(fā)生明顯變化，產(chǎn)生化學反應(yīng)，有機層前驅(qū)體先固化形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)一定的力學強度，然后碳化，復合層前驅(qū)體納米粉與有機體系交互形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并與上下層產(chǎn)生化學鍵作用力使得三層融為一體，后續(xù)有機層碳化、納米粉形成致密結(jié)構(gòu)，陶瓷層前驅(qū)體發(fā)生氧化物互溶，并最終形成致密結(jié)構(gòu)，特別的致密材料中以導電氧化復合物為主，同時含有的石墨烯、碳納米管以及硅元素提高了其力學強度，從而可以支撐上方材料；厚度的優(yōu)選，既保證得到的襯底剝離耐熱基底后具備優(yōu)異的力學性能以及電性能，又保證外延制備過程不會出現(xiàn)有機物流動導致的污染、位移等問題，從而制備的器件中，樣品表面形貌良好，鋁鎵氮/鎵氮層薄膜不存在裂紋，因此保證測試寬度與精度。
本發(fā)明還公開了根據(jù)上述制備方法制備的產(chǎn)品以及所述產(chǎn)品在光波檢測中的應(yīng)用。
本發(fā)明創(chuàng)造性的公開了一種復合材料襯底，后續(xù)在襯底上進一步的操作，比如在襯底上利用外延法制備鋁鎵氮/鎵氮層；然后制備有源區(qū)臺面、柵介質(zhì)、歐姆接觸窗口、電極、封裝、組合都屬于現(xiàn)有技術(shù)，根據(jù)需要參數(shù)進行設(shè)計，不會對本發(fā)明技術(shù)效果產(chǎn)生影響，可以參見現(xiàn)有專利。本發(fā)明在生長過程中，復合層以及陶瓷層同時發(fā)生燒結(jié)形成致密結(jié)構(gòu)，既可以支撐鋁鎵氮/鎵氮又可以解決現(xiàn)有襯底與鎵氮不匹配的問題，有機層為聚合物層，外延制備過程分解為碳材料，限定厚度條件下與致密結(jié)構(gòu)融為一體，與清潔的硅片無作用力，既可以實現(xiàn)與清潔的硅片的剝離，又可以具備低的電阻，清潔的硅片作用簡單，僅僅起到前期支撐，生長完成后，即可移除。
現(xiàn)有技術(shù)主要研究異質(zhì)結(jié)以及天線對器件的影響，對于襯底產(chǎn)生的影響機理還不清楚，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉襯底作為器件制備以及結(jié)構(gòu)的重要組成，對器件的影響很大?？上У氖?，由于學科交叉太大以及電化學的復雜性，目前檢測器件領(lǐng)域還沒有脫離基本的藍寶石、碳化硅基底的研究，本發(fā)明發(fā)明人與高校電子領(lǐng)域?qū)＜液献?，?chuàng)造性的設(shè)計新的襯底用于異質(zhì)結(jié)的制備，無需改變現(xiàn)有器件制備工藝，得到的產(chǎn)品性能優(yōu)異，具有強大的應(yīng)用潛力。
具體實施方式
本發(fā)明創(chuàng)造性在于襯底的制備，后續(xù)在襯底上進一步的操作，比如在襯底上利用外延法1100℃(可選金屬有機物化學氣相外延法、分子束外延法或者氫化物氣相外延法)制備鋁鎵氮/鎵氮層；然后制備有源區(qū)臺面、柵介質(zhì)、歐姆接觸窗口、電極、封裝、與支架、電腦、信號燈組合都屬于現(xiàn)有技術(shù)，其參數(shù)設(shè)計為現(xiàn)有通用設(shè)計；氨水的質(zhì)量濃度為15％；聚乙烯醇的分子量為1500～2000。
實施例一
一種光波檢測器的制備方法，包括以下步驟：
(1)將50g氧化石墨烯、1kg環(huán)氧樹脂加入1kgpma中，回流攪拌10分鐘后加入200g甲基三甲氧基硅烷與150g二苯基硅二醇，繼續(xù)攪拌45分鐘，然后加入200g二乙基亞磷酸酯、20g過氧化二異丙苯，攪拌10分鐘，得到有機層前驅(qū)體；向1500g乙醇和1000g三氟乙酸中加入100g六氯銥酸銨，攪拌后，在氮氣保護下，再加入50g仲丁基鋰、250g辛酸亞錫；回流攪拌80分鐘后加入200g氨水；反應(yīng)90分鐘后自然冷卻至室溫，加入乙酸乙酯，靜置后離心；將離心沉淀物水洗后分散于乙醇中得分散體系；在一半的分散體系中加入150g九水合硝酸鋁、125g硝酸鈷、200g水，攪拌35分鐘加入25g三茂釤，攪拌3小時，得到陶瓷層前驅(qū)體；取100g離心沉淀物加入乙醇，再加入20g聚乙烯醇、5g雙氧水、0.1g四苯基卟啉鐵，60℃攪拌2小時，然后加入10g4-乙烯基苯甲酸甲酯、5g八甲基環(huán)四硅氧烷、10g4，6-二甲基吡啶-2-酮，回流攪拌10分鐘，然后濃縮得到固含量65％的濃縮物；將濃縮物進行超重力處理；然后噴霧干燥，得到納米粉；所述超重力處理的轉(zhuǎn)速為45000rpm；濃縮物的流量為150ml/min；將100g納米粉加入45g有機層前驅(qū)體中，攪拌15分鐘后加入1.5g碳納米管，攪拌90分鐘得到復合層前驅(qū)體；有機層前驅(qū)體、復合層前驅(qū)體、陶瓷層前驅(qū)體組成光波檢測用襯底前驅(qū)體；
(2)在清潔的硅片上依次涂覆有機層前驅(qū)體、復合層前驅(qū)體、陶瓷層前驅(qū)體，每次涂覆后200℃下干燥；得到襯底，有機層前驅(qū)體、復合層前驅(qū)體、陶瓷層前驅(qū)體在耐熱基底上的厚度分別為20微米、800微米、400微米；初始熱分解溫度為428℃，900℃殘?zhí)柯蔬_到87％，沖擊強度達到27.1kj/m2，完全可以作為異質(zhì)結(jié)支撐材料，體積電阻率1.4ω·cm；與原料、參數(shù)改變的另一篇專利有差別但都不錯；
(3)在襯底上利用外延法制備鋁鎵氮/鎵氮層；移除清潔的硅片，然后制備有源區(qū)臺面、柵介質(zhì)、歐姆接觸窗口、電極，從而得到光波檢測器；可具有4600cm2/vs的高電子遷移率，二維電子氣密度很高，通常可達1014cm2級別；將光波檢測器進行封裝，得到光波檢測裝置；將光波檢測裝置與支架、電腦、信號燈組合，得到光波檢測系統(tǒng)。
對制備的器件進行1.0thz波應(yīng)用測試，常溫下，響應(yīng)度為239ma/w，響應(yīng)時間為8ps；液氮下，響應(yīng)度為399ma/w，響應(yīng)時間為3ps；80℃下，響應(yīng)度為155ma/w，響應(yīng)時間為14ps。采用現(xiàn)有藍寶石基底做對比：常溫下，響應(yīng)度為119ma/w，響應(yīng)時間為11ps；液氮下，響應(yīng)度為297ma/w，響應(yīng)時間為5ps?？梢钥闯?，本發(fā)明不僅在室溫下具備優(yōu)異的測試性能，在高溫環(huán)境下依然具有良好的性能，取得了意想不到的技術(shù)效果。