1.本发明涉及半导体相关技术领域，尤其是涉及一种紫外光电探测器及其制备方法与应用。
背景技术：2.近年来，已报道了紫外光电器件的各种不同结构，例如p-n结型、肖特基型、金属-半导体-金属型(msm)和金属-半导体(ms)结型等。其中，ms结型探测器得益于工艺简单、易集成，受到了众多学者的广泛关注。
3.目前文献报道的高性能ms结型探测器多采用具有高功函数的金属来增大势垒高度，然而由于半导体表面费米能级钉扎效应，金属-半导体结势垒高度往往受工艺影响很大；而且金属与半导体之间还存在较为严重的相互扩散，结稳定性受影响。基于此，在金属和半导体之间制备具有高介电常数的介质薄层是一种有效提升势垒高度和抑制费米能级钉扎效应的方法。然而，制备高质量的超薄介质层，往往需要高真空设备和复杂的制备工艺。
4.因此，急需开发一种性能优良且制备工艺简单的紫外光电器件。
技术实现要素：5.本发明所要解决的第一个技术问题是：
6.提供一种紫外光电探测器。
7.本发明所要解决的第二个技术问题是：
8.提供一种所述紫外光电探测器的制备方法。
9.本发明所要解决的第三个技术问题是：
10.所述紫外光电探测器的应用。
11.为了解决所述第一个技术问题，本发明采用的技术方案为：
12.一种紫外光电探测器，包括依次设置的：
13.衬底；
14.亲水半导体层，所述亲水半导体层设置于所述衬底的表面；
15.欧姆接触电极层，所述欧姆接触电极层设置于所述亲水半导体层的表面；
16.绝缘介质层，所述绝缘介质层设置于所述亲水半导体层的表面，所述绝缘介质层与所述欧姆接触电极层相互分离；
17.金属接触电极层，所述金属接触电极层设置于所述绝缘介质层的表面；
18.所述绝缘介质层的厚度为50-200nm。
19.本发明对半导体层进行了亲水改性，增强半导体层与绝缘介质层前驱体溶液的接触，有利于紫外光电探测器中介质层的有效形成。
20.本发明通过在金属接触电极层与半导体之间插入薄的介质层，一方面，在金属接触电极层和半导体间加入绝缘介质层避免了两者的直接接触，从而抑制了金属扩散；另一
方面，由于绝缘介质层的导带比亲水半导体层高，从而提高了界面势垒，使器件的光电性能大幅度提升。
21.所述绝缘介质层的厚度为50-200nm。介质层的厚度的可通过旋涂层数来控制。绝缘介质层纳米级的厚度，提高了亲水半导体层、绝缘介质层与电极层的界面势垒。绝缘介质层的厚度对抑制漏电流和实现遂穿效果有影响；绝缘介质层的厚度太薄不利于抑制暗电流，太厚会影响电子利用薄膜缺陷的遂穿。当所述绝缘介质层的厚度为50-200nm，能够使得本发明紫外光电探测器的光电性能达到最佳。
22.根据本发明的一种实施方式，所述衬底包括硅、蓝宝石和碳化硅中的至少一种。以上衬底均能够实现外延生长亲水半导体层。
23.根据本发明的一种实施方式，所述亲水半导体层包括gan层、zno层和sic层中的至少一种。亲水半导体层可以选择任意常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。
24.根据本发明的一种实施方式，所述金属电极接触层包括au电极层、ag电极层、al电极层中的至少一种。
25.根据本发明的一种实施方式，所述欧姆接触电极层包括ti/al电极和ti/al/ti/au电极中的至少一种。其中，ti/al电极为两层金属叠加结构；ti/al/ti/au电极为四层金属依次叠加结构。
26.ti/al复合电极的电阻率仅为纯ti的1/10；而在ti/al表面增加ti/au保护层能够保证al层在高温时不发生球化和氧化，使得欧姆接触电极层能够更稳定更可靠，从而进一步提高欧姆接触特性。本发明通过上述欧姆接触电极层的选择，来最大化降低界面电阻。
27.根据本发明的一种实施方式，所述亲水半导体层的厚度为4-6μm。亲水半导体层的厚度可通过控制生长沉积时间来控制；本发明通过调控亲水半导体层的厚度，从而抑制漏电流和调控遂穿效果。当所述亲水半导体层的厚度为4-6μm，其室温下的载流子浓度范围为1
×
10
15-1
×
10
18
cm-3
。
28.根据本发明的一种实施方式，所述金属接触电极层厚度为50-200nm。所述金属接触电极层厚度大于所述绝缘介质层的厚度，从而提高了界面势垒。
29.根据本发明的一种实施方式，欧姆接触电极层厚度为50-200nm。
30.根据本发明的实施方式，所述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：
31.1.本发明通过在金属接触电极层与半导体之间插入薄的介质层，一方面，在金属接触电极层和半导体间加入绝缘介质层避免了两者的直接接触，从而抑制了金属扩散；另一方面，由于绝缘介质层的导带比亲水半导体层高，从而提高了界面势垒，使器件的光电性能大幅度提升。
32.2.本发明所述绝缘介质层的厚度为50-200nm。介质层厚度的可通过旋涂层数来控制。绝缘介质层纳米级的厚度，提高了亲水半导体层、绝缘介质层与电极层的界面势垒。绝缘介质层的厚度对抑制漏电流和实现遂穿效果有影响；绝缘介质层的厚度太薄不利于抑制暗电流，太厚会影响电子利用薄膜缺陷的遂穿。当所述绝缘介质层的厚度为50-200nm，能够使得本发明紫外光电探测器的光电性能达到最佳。
33.3.本发明的紫外光电探测器在-6v偏压、330nm紫外光照射下，光/暗电流比超过4个数量级。此外，该紫外光电探测器还显示出高效(＞10000％)和高响应特性。
34.为了解决所述第二个技术问题，本发明采用的技术方案为：
35.一种制备所述紫外光电探测器的方法，包括以下步骤：
36.s1在所述衬底上外延生长半导体层，经亲水处理，得到所述亲水半导体层；
37.s2配置绝缘介质层前驱体溶液，并旋涂于所述亲水半导体层表面以形成所述绝缘介质层；
38.s3在所述绝缘介质层上制备所述金属电极接触层；在所述亲水半导体层上制备所述欧姆接触电极层。
39.根据本发明的一种实施方式，所述外延生长包括分子束外延、脉冲激光沉积和金属有机化合物化学气相淀积中的至少一种。
40.根据本发明的一种实施方式，亲水处理包括用臭氧清洗机中对半导体层进行亲水处理，以此增强半导体层和绝缘介质层前驱体溶液的接触。
41.根据本发明的一种实施方式，步骤s1中，对生长出的亲水半导体层进行清洗操作和烘干操作。
42.根据本发明的一种实施方式，清洗操作过程为：将亲水半导体层依次用丙酮、乙醇和去离子水进行超声清洗，每个步骤持续10-15min。
43.根据本发明的一种实施方式，旋涂过程中转速设置为2000-4000rpm，时间为20-40s。
44.根据本发明的一种实施方式，所述金属电极接触层和欧姆接触电极层的制备方法可选用真空蒸镀法或磁控溅射法。
45.根据本发明的一种实施方式，所述配置绝缘介质层前驱体溶液，包括以下步骤：
46.溶解前驱体材料，经加热、静置后过滤得到所述绝缘介质层前驱体溶液。
47.根据本发明的一种实施方式，所述配置绝缘介质层前驱体溶液，包括以下步骤：
48.a1称量1-5g前驱体材料，优选前驱体材料为氯化铪，将前驱体材料缓慢加入装有20-100ml的去离子水的烧杯中；
49.a2将其置于磁力搅拌机上，在磁力搅拌机上设置温度为80-120℃，设置转速为400-800rpm，加热搅拌1-2h；
50.a3在室温下静置10-48h进行自然老化；
51.a4使用0.22-0.45μm的过滤器进行抽滤，如此制得hfo2前驱体溶液。
52.根据本发明的一种实施方式，当前驱体材料为氯化铪时，配置绝缘介质层前驱体溶液过程中涉及的反应包括水解与陈化聚合形成凝胶，具体为：
53.hfcl4+h2o
→
hf(oh)cl3+hcl；
54.hf(oh)cl3→
hfocl2+hcl；
55.通过抽滤，过滤掉未溶解的氯化铪粉末，抽滤得到前驱体溶液。
56.根据本发明的一种实施方式，通过旋涂的次数来调控介质层厚度，旋涂一次的厚度为10-15nm。
57.优选的，本发明所述绝缘介质层的厚度为50-200nm，因此旋涂的次数为3-20次。
58.根据本发明的一种实施方式，所述步骤a2中，在旋涂操作后，还包括退火的过程；所述退火过程中恒温温度为150-550℃，退火过程升温速率为3-8℃/min，保温时间为1-2h。
59.通过退火处理，以达到前驱液充分热解的效果。
60.根据本发明的一种实施方式，旋涂绝缘介质层前驱体溶液过程中，被沉积的前驱体溶液由hfocl2·
nh2o组成。经过退火处理后，hfocl2分解并转化为hfo2。
61.本发明的另一个方面，还涉及所述紫外光电探测器在火焰探测中的应用。包括如上述第一方面实施方式所述的紫外光电探测器。由于该应用采用了上述实施方式的紫外光电探测器的全部技术方案，因此至少具有上述实施方式的技术方案所带来的所有有益效果。
62.所述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：
63.1.本发明制备绝缘介质层前驱体溶液的方法简单便捷，可以实现量产；本发明将前驱体溶液旋涂，再进行退火，以充分热解前驱体溶液。
64.2.通过本发明的方法制备得到的紫外探测器，光电性能极佳，光/暗电流比超过4个数量级。此外，该紫外探测器还显示出高效(＞10000％)、高响应的特性。
65.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
66.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
67.图1为实施例1-9中紫外光电探测器的结构示意图。
68.图2为实施例1-7的半导体层所用的gan材料的紫外可见吸收光谱测试图。
69.图3为实施例1-9的绝缘介质层所用的hfo2材料的紫外可见吸收光谱图。
70.图4为实施例1的紫外探测器的光电性能测试图。
71.图5为实施例2的紫外探测器的光电性能测试图。
72.图6为实施例3的紫外探测器的光电性能测试图。
73.图7为实施例3的紫外探测器的进行响应度和外量子效率测试图。
74.附图标记：
75.100-衬底，200-亲水半导体层，300-欧姆接触电极层，400-绝缘介质层，500-金属接触电极层。
具体实施方式
76.下面详细描述本发明的实施例，上述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
77.在本发明的描述中，如果有描述到第一、第二等只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
78.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。
79.实施例1
80.一种紫外光电探测器，包括依次设置的：
81.衬底100；
82.亲水半导体层200，上述亲水半导体层200设置于上述衬底100的表面；
83.欧姆接触电极层300，上述欧姆接触电极层300设置于上述亲水半导体层200的表面；
84.绝缘介质层400，上述绝缘介质层400设置于上述亲水半导体层200的表面，上述绝缘介质层400与上述欧姆接触电极层300相互分离；
85.金属接触电极层500，上述金属接触电极层500设置于上述绝缘介质层400的表面。
86.其中，衬底100为蓝宝石衬底；亲水半导体层200为gan薄膜层；绝缘介质层400为hfo2薄膜层；金属接触电极层500为ti/al电极；金属电极接触层为ag电极。
87.其中，亲水半导体层200厚度为4μm，其室温下的载流子浓度范围为4.3
×
10
17
cm-3
，上述绝缘介质层400的厚度为50nm，上述欧姆接触电极层300厚度为100nm，上述金属接触电极层500厚度为100nm。
88.该紫外光电探测器，结构如图1所示。
89.制备上述紫外光电探测器的方法，包括以下步骤：
90.s1、在衬底100上外延生长gan薄膜，形成半导体层；
91.s2、对步骤s1制备的gan基底依次用丙酮、乙醇和去离子水进行超声清洗，每个步骤持续15min，随后在紫外臭氧清洗机中对gan基底进行亲水处理，以此增强gan和hfo2前驱体溶液的接触，亲水处理时间为20min。通过溶胶-凝胶法制备hfo2前驱体溶液并在gan薄膜的上表面旋涂、退火制备hfo2层。设置旋涂转速为3000rpm，时间为30s，设置退火温度为200℃，保温时间为1h；
92.s3、在步骤s2中制备的hfo2层上表面通过真空蒸镀法制备ag电极；
93.s4、在亲水半导体层200上表面通过真空蒸镀法制备表面制备ti/al电极。
94.上述步骤s2中hfo2前驱体溶液的具体制备过程为：
95.(1)、在电子天秤上称量1.3g氯化铪，并缓慢加入装有50ml的去离子水的烧杯中；
96.(2)、将其置于磁力搅拌机上，在磁力搅拌机上设置温度为80℃，设置转速为500rpm，加热搅拌1h；
97.(3)、在室温下静置24h进行自然老化；
98.(4)、使用0.45μm的过滤器进行抽滤，制得hfo2前驱体溶液。
99.实施例2
100.一种紫外光电探测器，包括依次设置的：
101.衬底100；
102.亲水半导体层200，上述亲水半导体层200设置于上述衬底100的表面；
103.欧姆接触电极层300，上述欧姆接触电极层300设置于上述亲水半导体层200的表面；
104.绝缘介质层400，上述绝缘介质层400设置于上述亲水半导体层200的表面，上述绝缘介质层400与上述欧姆接触电极层300相互分离；
105.金属接触电极层500，上述金属接触电极层500设置于上述绝缘介质层400的表面。
106.其中，衬底100为蓝宝石衬底；亲水半导体层200为gan薄膜层；绝缘介质层400为hfo2薄膜层；金属接触电极层500为ti/al电极；金属电极接触层为ag电极。
107.本实施例中，亲水半导体层200厚度为4μm，其室温下的载流子浓度范围为4.3
×
10
17
cm-3
，上述绝缘介质层400的厚度为50nm，上述欧姆接触电极层300厚度为100nm，上述金属接触电极层500厚度为100nm。
108.该紫外光电探测器，结构如图1所示。
109.制备上述紫外光电探测器的方法，包括以下步骤：
110.s1、在衬底100层上外延生长gan薄膜，形成亲水半导体层200；
111.s2、对步骤s1制备的gan基底依次用丙酮、乙醇和去离子水进行超声清洗，每个步骤持续15min，随后在紫外臭氧清洗机中对gan基底进行亲水处理，以此增强gan和hfo2前驱体溶液的接触，亲水处理时间为20min。通过溶胶-凝胶法制备hfo2前驱体溶液并在gan薄膜的上表面旋涂、退火制备hfo2层。设置旋涂转速为3000rpm，时间为30s，设置退火温度为300℃，保温时间为1h；
112.s3、在步骤s2中制备的hfo2层上表面通过真空蒸镀法制备ag电极；
113.s4、在亲水半导体层200上表面通过真空蒸镀法制备表面制备ti/al电极。
114.上述步骤s2中hfo2前驱体溶液的具体制备过程为：
115.(1)、首先在电子天秤上称量1.3g氯化铪，并缓慢加入装有50ml的去离子水的烧杯中；
116.(2)、将其置于磁力搅拌机上，在磁力搅拌机上设置温度为80℃，设置转速为500rpm，加热搅拌1h；
117.(3)、在室温下静置24h进行自然老化；
118.(4)、最后，使用0.45μm的过滤器进行抽滤，如此制得hfo2前驱体溶液。
119.实施例3
120.一种紫外光电探测器，包括依次设置的：
121.衬底100；
122.亲水半导体层200，上述亲水半导体层200设置于上述衬底100的表面；
123.欧姆接触电极层300，上述欧姆接触电极层300设置于上述亲水半导体层200的表面；
124.绝缘介质层400，上述绝缘介质层400设置于上述亲水半导体层200的表面，上述绝缘介质层400与上述欧姆接触电极层300相互分离；
125.金属接触电极层500，上述金属接触电极层500设置于上述绝缘介质层400的表面。
126.其中，衬底100为蓝宝石衬底；亲水半导体层200为gan薄膜层；绝缘介质层400为hfo2薄膜层；金属接触电极层500为ti/al电极；金属电极接触层为ag电极。
127.本实施例中，亲水半导体层200厚度为4μm，其室温下的载流子浓度范围为4.3
×
10
17
cm-3
，上述绝缘介质层400的厚度为100nm，上述欧姆接触电极层300厚度为100nm，上述金属接触电极层500厚度为100nm。
128.该紫外光电探测器，结构如图1所示。
129.制备上述紫外光电探测器的方法，包括以下步骤：
130.s1、在衬底100层上外延生长gan薄膜，形成亲水半导体层200；
131.s2、对步骤s1制备的gan基底依次用丙酮、乙醇和去离子水进行超声清洗，每个步骤持续15min，随后在紫外臭氧清洗机中对gan基底进行亲水处理，以此增强gan和hfo2前驱体溶液的接触，亲水处理时间为20min。通过溶胶-凝胶法制备hfo2前驱体溶液并在gan薄膜的上表面旋涂、退火制备hfo2层。设置旋涂转速为3000rpm，时间为30s，设置退火温度为300℃，保温时间为1h；
132.s3、在步骤s2中制备的hfo2层上表面通过真空蒸镀法制备ag电极；
133.s4、在亲水半导体层200上表面通过真空蒸镀法制备表面制备ti/al电极。
134.上述步骤s2中hfo2前驱体溶液的具体制备过程为：
135.(1)、首先在电子天秤上称量1.8g氯化铪，并缓慢加入装有50ml的去离子水的烧杯中；
136.(2)、将其置于磁力搅拌机上，在磁力搅拌机上设置温度为80℃，设置转速为500rpm，加热搅拌1h；
137.(3)、在室温下静置24h进行自然老化；
138.(4)、最后，使用0.45μm的过滤器进行抽滤，如此制得hfo2前驱体溶液。
139.实施例4
140.一种紫外光电探测器，包括依次设置的：
141.衬底100；
142.亲水半导体层200，上述亲水半导体层200设置于上述衬底100的表面；
143.欧姆接触电极层300，上述欧姆接触电极层300设置于上述亲水半导体层200的表面；
144.绝缘介质层400，上述绝缘介质层400设置于上述亲水半导体层200的表面，上述绝缘介质层400与上述欧姆接触电极层300相互分离；
145.金属接触电极层500，上述金属接触电极层500设置于上述绝缘介质层400的表面。
146.其中，衬底100为蓝宝石衬底；亲水半导体层200为gan薄膜层；绝缘介质层400为hfo2薄膜层；金属接触电极层500为ti/al/ti/au电极；金属电极接触层为ag电极。
147.其中，亲水半导体层200厚度为4μm，其室温下的载流子浓度范围为4.3
×
10
17
cm-3
，上述绝缘介质层400的厚度为100nm，上述欧姆接触电极层300厚度为100nm，上述金属接触电极层500厚度为100nm。
148.该紫外光电探测器，结构如图1所示。
149.制备上述紫外光电探测器的方法，包括以下步骤：
150.s1、在衬底100上外延生长gan薄膜，形成半导体层；
151.s2、对步骤s1制备的gan基底依次用丙酮、乙醇和去离子水进行超声清洗，每个步骤持续15min，随后在紫外臭氧清洗机中对gan基底进行亲水处理，以此增强gan和hfo2前驱体溶液的接触，亲水处理时间为20min。通过溶胶-凝胶法制备hfo2前驱体溶液并在gan薄膜的上表面旋涂、退火制备hfo2层。设置旋涂转速为3000rpm，时间为30s，设置退火温度为200℃，保温时间为1h；
152.s3、在步骤s2中制备的hfo2层上表面通过真空蒸镀法制备ag电极；
153.s4、在亲水半导体层200上表面通过真空蒸镀法制备表面制备ti/al/ti/au电极。
154.上述步骤s2中hfo2前驱体溶液的具体制备过程为：
155.(1)、在电子天秤上称量1.3g氯化铪，并缓慢加入装有50ml的去离子水的烧杯中；
156.(2)、将其置于磁力搅拌机上，在磁力搅拌机上设置温度为80℃，设置转速为500rpm，加热搅拌1h；
157.(3)、在室温下静置24h进行自然老化；
158.(4)、使用0.45μm的过滤器进行抽滤，制得hfo2前驱体溶液。
159.实施例5
160.一种紫外光电探测器，包括依次设置的：
161.衬底100；
162.亲水半导体层200，上述亲水半导体层200设置于上述衬底100的表面；
163.欧姆接触电极层300，上述欧姆接触电极层300设置于上述亲水半导体层200的表面；
164.绝缘介质层400，上述绝缘介质层400设置于上述亲水半导体层200的表面，上述绝缘介质层400与上述欧姆接触电极层300相互分离；
165.金属接触电极层500，上述金属接触电极层500设置于上述绝缘介质层400的表面。
166.其中，衬底100为蓝宝石衬底；亲水半导体层200为gan薄膜层；绝缘介质层400为hfo2薄膜层；金属接触电极层500为ti/al电极；金属电极接触层为ag电极。
167.其中，亲水半导体层200厚度为6μm，其室温下的载流子浓度范围为4.3
×
10
17
cm-3
，上述绝缘介质层400的厚度为100nm，上述欧姆接触电极层300厚度为100nm，上述金属接触电极层500厚度为100nm。
168.该紫外光电探测器，结构如图1所示。
169.制备上述紫外光电探测器的方法，包括以下步骤：
170.s1、在衬底100层上外延生长gan薄膜，形成半导体层；
171.s2、对步骤s1制备的gan基底依次用丙酮、乙醇和去离子水进行超声清洗，每个步骤持续15min，随后在紫外臭氧清洗机中对gan基底进行亲水处理，以此增强gan和hfo2前驱体溶液的接触，亲水处理时间为20min。通过溶胶-凝胶法制备hfo2前驱体溶液并在gan薄膜的上表面旋涂、退火制备hfo2层。设置旋涂转速为3000rpm，时间为30s，设置退火温度为200℃，保温时间为1h；
172.s3、在步骤s2中制备的hfo2层上表面通过真空蒸镀法制备ag电极；
173.s4、在亲水半导体层200上表面通过真空蒸镀法制备表面制备ti/al电极。
174.上述步骤s2中hfo2前驱体溶液的具体制备过程为：
175.(1)、在电子天秤上称量1.3g氯化铪，并缓慢加入装有50ml的去离子水的烧杯中；
176.(2)、将其置于磁力搅拌机上，在磁力搅拌机上设置温度为80℃，设置转速为500rpm，加热搅拌1h；
177.(3)、在室温下静置24h进行自然老化；
178.(4)、使用0.45μm的过滤器进行抽滤，制得hfo2前驱体溶液。
179.实施例6
180.一种紫外光电探测器，包括依次设置的：
181.衬底100；
182.亲水半导体层200，上述亲水半导体层200设置于上述衬底100的表面；
183.欧姆接触电极层300，上述欧姆接触电极层300设置于上述亲水半导体层200的表面；
184.绝缘介质层400，上述绝缘介质层400设置于上述亲水半导体层200的表面，上述绝缘介质层400与上述欧姆接触电极层300相互分离；
185.金属接触电极层500，上述金属接触电极层500设置于上述绝缘介质层400的表面。
186.其中，衬底100为蓝宝石衬底；亲水半导体层200为gan薄膜层；绝缘介质层400为hfo2薄膜层；金属接触电极层500为ti/al电极；金属电极接触层为ag电极。
187.其中，亲水半导体层200厚度为4μm，其室温下的载流子浓度范围为4.3
×
10
17
cm-3
，上述绝缘介质层400的厚度为50nm，上述欧姆接触电极层300厚度为100nm，上述金属接触电极层500厚度为100nm。
188.该紫外光电探测器，结构如图1所示。
189.制备上述紫外光电探测器的方法，包括以下步骤：
190.s1、在衬底100层上外延生长gan薄膜，形成半导体层；
191.s2、对步骤s1制备的gan基底依次用丙酮、乙醇和去离子水进行超声清洗，每个步骤持续15min，随后在紫外臭氧清洗机中对gan基底进行亲水处理，以此增强gan和hfo2前驱体溶液的接触，亲水处理时间为20min。通过溶胶-凝胶法制备hfo2前驱体溶液并在gan薄膜的上表面旋涂、退火制备hfo2层。设置旋涂转速为3000rpm，时间为30s，设置退火温度为200℃，保温时间为1h；
192.s3、在步骤s2中制备的hfo2层上表面通过真空蒸镀法制备ag电极；
193.s4、在亲水半导体层200上表面通过真空蒸镀法制备表面制备ti/al电极。
194.上述步骤s2中hfo2前驱体溶液的具体制备过程为：
195.(1)、在电子天秤上称量1.3g氯化铪，并缓慢加入装有50ml的去离子水的烧杯中；
196.(2)、将其置于磁力搅拌机上，在磁力搅拌机上设置温度为80℃，设置转速为500rpm，加热搅拌1h；
197.(3)、在室温下静置24h进行自然老化；
198.(4)、使用0.45μm的过滤器进行抽滤，制得hfo2前驱体溶液。
199.实施例7
200.一种紫外光电探测器，包括依次设置的：
201.衬底100；
202.亲水半导体层200，上述亲水半导体层200设置于上述衬底100的表面；
203.欧姆接触电极层300，上述欧姆接触电极层300设置于上述亲水半导体层200的表面；
204.绝缘介质层400，上述绝缘介质层400设置于上述亲水半导体层200的表面，上述绝缘介质层400与上述欧姆接触电极层300相互分离；
205.金属接触电极层500，上述金属接触电极层500设置于上述绝缘介质层400的表面。
206.其中，衬底100为蓝宝石衬底；亲水半导体层200为gan薄膜层；绝缘介质层400为hfo2薄膜层；金属接触电极层500为ti/al电极；金属电极接触层为ag电极。
207.其中，亲水半导体层200厚度为4μm，其室温下的载流子浓度范围为4.3
×
10
17
cm-3
，上述绝缘介质层400的厚度为200nm，上述欧姆接触电极层300厚度为100nm，上述金属接触
电极层500厚度为100nm。
208.该紫外光电探测器，结构如图1所示。
209.制备上述紫外光电探测器的方法，包括以下步骤：
210.s1、在衬底100层上外延生长gan薄膜，形成半导体层；
211.s2、对步骤s1制备的gan基底依次用丙酮、乙醇和去离子水进行超声清洗，每个步骤持续15min，随后在紫外臭氧清洗机中对gan基底进行亲水处理，以此增强gan和hfo2前驱体溶液的接触，亲水处理时间为20min。通过溶胶-凝胶法制备hfo2前驱体溶液并在gan薄膜的上表面旋涂、退火制备hfo2层。设置旋涂转速为3000rpm，时间为30s，设置退火温度为200℃，保温时间为1h；
212.s3、在步骤s2中制备的hfo2层上表面通过真空蒸镀法制备ag电极；
213.s4、在亲水半导体层200上表面通过真空蒸镀法制备表面制备ti/al电极。
214.上述步骤s2中hfo2前驱体溶液的具体制备过程为：
215.(1)、在电子天秤上称量1.3g氯化铪，并缓慢加入装有50ml的去离子水的烧杯中；
216.(2)、将其置于磁力搅拌机上，在磁力搅拌机上设置温度为80℃，设置转速为500rpm，加热搅拌1h；
217.(3)、在室温下静置24h进行自然老化；
218.(4)、使用0.45μm的过滤器进行抽滤，制得hfo2前驱体溶液。
219.实施例8
220.一种紫外光电探测器，包括依次设置的：
221.衬底100；
222.亲水半导体层200，上述亲水半导体层200设置于上述衬底100的表面；
223.欧姆接触电极层300，上述欧姆接触电极层300设置于上述亲水半导体层200的表面；
224.绝缘介质层400，上述绝缘介质层400设置于上述亲水半导体层200的表面，上述绝缘介质层400与上述欧姆接触电极层300相互分离；
225.金属接触电极层500，上述金属接触电极层500设置于上述绝缘介质层400的表面。
226.其中，衬底100为蓝宝石衬底；亲水半导体层200为gan薄膜层；绝缘介质层400为hfo2薄膜层；金属接触电极层500为ti/al电极；金属电极接触层为ag电极。
227.其中，亲水半导体层200厚度为5μm，其室温下的载流子浓度范围为4.3
×
10
17
cm-3
，上述绝缘介质层400的厚度为100nm，上述欧姆接触电极层300厚度为100nm，上述金属接触电极层500厚度为100nm。
228.该紫外光电探测器，结构如图1所示。
229.制备上述紫外光电探测器的方法，包括以下步骤：
230.s1、在衬底100层上外延生长gan薄膜，形成半导体层；
231.s2、对步骤s1制备的gan基底依次用丙酮、乙醇和去离子水进行超声清洗，每个步骤持续15min，随后在紫外臭氧清洗机中对gan基底进行亲水处理，以此增强gan和hfo2前驱体溶液的接触，亲水处理时间为20min。通过溶胶-凝胶法制备hfo2前驱体溶液并在gan薄膜的上表面旋涂、退火制备hfo2层。设置旋涂转速为3000rpm，时间为30s，设置退火温度为200℃，保温时间为1h；
232.s3、在步骤s2中制备的hfo2层上表面通过真空蒸镀法制备ag电极；
233.s4、在亲水半导体层200上表面通过真空蒸镀法制备表面制备ti/al电极。
234.上述步骤s2中hfo2前驱体溶液的具体制备过程为：
235.(1)、在电子天秤上称量1.3g氯化铪，并缓慢加入装有50ml的去离子水的烧杯中；
236.(2)、将其置于磁力搅拌机上，在磁力搅拌机上设置温度为80℃，设置转速为500rpm，加热搅拌1h；
237.(3)、在室温下静置24h进行自然老化；
238.(4)、使用0.45μm的过滤器进行抽滤，制得hfo2前驱体溶液。
239.实施例9
240.一种紫外光电探测器，包括依次设置的：
241.衬底100；
242.亲水半导体层200，上述亲水半导体层200设置于上述衬底100的表面；
243.欧姆接触电极层300，上述欧姆接触电极层300设置于上述亲水半导体层200的表面；
244.绝缘介质层400，上述绝缘介质层400设置于上述亲水半导体层200的表面，上述绝缘介质层400与上述欧姆接触电极层300相互分离；
245.金属接触电极层500，上述金属接触电极层500设置于上述绝缘介质层400的表面。
246.其中，衬底100为蓝宝石衬底；亲水半导体层200为zno薄膜层；绝缘介质层400为hfo2薄膜层；金属接触电极层500为ti/al电极；金属电极接触层为ag电极。
247.其中，亲水半导体层200厚度为4μm，其室温下的载流子浓度范围为4.3
×
10
17
cm-3
，上述绝缘介质层400的厚度为100nm，上述欧姆接触电极层300厚度为100nm，上述金属接触电极层500厚度为100nm。
248.该紫外光电探测器，结构如图1所示。
249.制备上述紫外光电探测器的方法，包括以下步骤：
250.s1、在衬底100层上外延生长zno薄膜，形成半导体层；
251.s2、对步骤s1制备的zno基底依次用丙酮、乙醇和去离子水进行超声清洗，每个步骤持续15min，随后在紫外臭氧清洗机中对zno基底进行亲水处理，以此增强zno和hfo2前驱体溶液的接触，亲水处理时间为20min。通过溶胶-凝胶法制备hfo2前驱体溶液并在zno薄膜的上表面旋涂、退火制备hfo2层。设置旋涂转速为3000rpm，时间为30s，设置退火温度为200℃，保温时间为1h；
252.s3、在步骤s2中制备的hfo2层上表面通过真空蒸镀法制备ag电极；
253.s4、在亲水半导体层200上表面通过真空蒸镀法制备表面制备ti/al电极。
254.上述步骤s2中hfo2前驱体溶液的具体制备过程为：
255.(1)、在电子天秤上称量1.3g氯化铪，并缓慢加入装有50ml的去离子水的烧杯中；
256.(2)、将其置于磁力搅拌机上，在磁力搅拌机上设置温度为80℃，设置转速为500rpm，加热搅拌1h；
257.(3)、在室温下静置24h进行自然老化；
258.(4)、使用0.45μm的过滤器进行抽滤，制得hfo2前驱体溶液。
259.对比例
260.一种非亲水紫外光电探测器，包括依次设置的：
261.衬底；
262.半导体层，上述半导体层设置于上述衬底的表面；
263.欧姆接触电极层，上述欧姆接触电极层设置于上述半导体层的表面；
264.绝缘介质层，上述绝缘介质层设置于上述半导体层的表面，上述绝缘介质层与上述欧姆接触电极层相互分离；
265.金属接触电极层，上述金属接触电极层设置于上述绝缘介质层的表面。
266.其中，衬底为蓝宝石衬底；半导体层为gan薄膜层；绝缘介质层为hfo2薄膜层；金属接触电极层为ti/al电极；金属电极接触层为ag电极。
267.本对比例中，半导体层厚度为4μm，其室温下的载流子浓度范围为4.3
×
10
17
cm-3
，上述绝缘介质层的厚度为100nm，上述欧姆接触电极层厚度为100nm，上述金属接触电极层厚度为100nm。
268.制备上述非亲水紫外光电探测器的方法，包括以下步骤：
269.s1、在衬底层上外延生长gan薄膜，形成亲水半导体层；
270.s2、对步骤s1制备的gan基底不做亲水处理，然后通过溶胶-凝胶法制备hfo2前驱体溶液并在gan薄膜的上表面旋涂、退火制备hfo2层。设置旋涂转速为3000rpm，时间为30s，设置退火温度为300℃，保温时间为1h；
271.s3、在步骤s2中制备的hfo2层上表面通过真空蒸镀法制备ag电极；
272.s4、在亲水半导体层上表面通过真空蒸镀法制备表面制备ti/al电极。
273.上述步骤s2中hfo2前驱体溶液的具体制备过程为：
274.(1)、首先在电子天秤上称量1.8g氯化铪，并缓慢加入装有50ml的去离子水的烧杯中；
275.(2)、将其置于磁力搅拌机上，在磁力搅拌机上设置温度为80℃，设置转速为500rpm，加热搅拌1h；
276.(3)、在室温下静置24h进行自然老化；
277.(4)、最后，使用0.45μm的过滤器进行抽滤，如此制得hfo2前驱体溶液。
278.性能测试：
279.对实施例1-9的半导体层所用的gan材料进行紫外可见吸收光谱测试，测试结果如图2所示。从图2可知，gan材料带隙为3.4ev。对实施例1-8的绝缘介质层所用的hfo2材料进行紫外可见吸收光谱测试，测试结果如图3，从图3可知，hfo2材料带隙为5.8ev。gan与hfo2的导带具有高势垒，这是产生低暗电流的主要原因。而gan与hfo2的价带具有低势垒，在高压条件下有利于形成空穴隧穿。
280.对实施例1-4制得的紫外探测器进行光电性能测试，测试在暗处以及330nm紫外光照射下紫外光电探测器的光/暗电流比，测试结果分别如图4-6所示。图中横坐标为电压，纵坐标为电流。由图4可知，制备的gan mis隧穿结紫外探测器在330nm紫外光照射下器件的光、暗电流分别为3.2ma、1.5μa，其光/暗电流比超过3个数量级。由图5可知，制备的gan mis隧穿结紫外探测器在330nm紫外光照射下暗电流与图4相比降低了约两个数量级，其光/暗电流比超过3个数量级。由图6可知，制备的gan mis隧穿结紫外探测器在330nm紫外光照射下器件的光、暗电流分别为4.3ma、0.08μa，其光/暗电流比超过4个数量级。
281.对实施例3制得的gan基mis隧穿结紫外探测器的进行响应度和外量子效率测试。如图7所示，图中横坐标为波长，纵坐标分别为响应度和外量子效率百分比值。由图7可知，该器件在-6v偏压、330nm紫外光照射下的响应度为40a/w，外量子效率超过10000％，显示出优异的光电性能。
282.以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
技术特征：1.一种紫外光电探测器，其特征在于：包括依次设置的：衬底；亲水半导体层，所述亲水半导体层设置于所述衬底的表面；欧姆接触电极层，所述欧姆接触电极层设置于所述亲水半导体层的表面；绝缘介质层，所述绝缘介质层设置于所述亲水半导体层的表面，所述绝缘介质层与所述欧姆接触电极层相互分离；金属接触电极层，所述金属接触电极层设置于所述绝缘介质层的表面；所述绝缘介质层的厚度为50-200nm。2.根据权利要求1所述的一种紫外光电探测器，其特征在于：所述亲水半导体层包括gan层、zno层和sic层中的至少一种。3.根据权利要求1所述的一种紫外光电探测器，其特征在于：所述欧姆接触电极层包括ti/al电极和ti/al/ti/au电极中的至少一种。4.根据权利要求1所述的一种紫外光电探测器，其特征在于：所述亲水半导体层的厚度为4-6μm。5.根据权利要求1所述的一种紫外光电探测器，其特征在于：所述金属接触电极层厚度为50-200nm。6.一种制备如权利要求1至5任一项所述的一种紫外光电探测器的方法，其特征在于：包括以下步骤：s1在所述衬底上外延生长半导体层，经亲水处理，得到所述亲水半导体层；s2配置绝缘介质层前驱体溶液，并旋涂于所述亲水半导体层表面以形成所述绝缘介质层；s3在所述绝缘介质层上制备所述金属电极接触层；在所述亲水半导体层上制备所述欧姆接触电极层。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述外延生长包括分子束外延、脉冲激光沉积和金属有机化合物化学气相淀积中的至少一种。8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述配置绝缘介质层前驱体溶液，包括以下步骤：溶解前驱体材料，经加热、静置后过滤得到所述绝缘介质层前驱体溶液。9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述步骤s2中，在旋涂操作后，还包括退火的过程；所述退火过程中恒温温度为150-550℃，保温时间为1-2h。10.如权利要求1至5任一项所述的一种紫外光电探测器在火焰探测中的应用。
技术总结本发明公开了一种紫外光电探测器及其制备方法与应用。所述紫外光电探测器包括依次设置的：衬底；亲水半导体层，所述亲水半导体层设置于所述衬底的表面；欧姆接触电极层，所述欧姆接触电极层设置于所述亲水半导体层的表面；绝缘介质层，所述绝缘介质层设置于所述亲水半导体层的表面，所述绝缘介质层与所述欧姆接触电极层相互分离；金属接触电极层，所述金属接触电极层设置于所述绝缘介质层的表面；所述绝缘介质层的厚度为50-200nm。本发明通过在金属接触电极层与半导体之间插入薄的介质层，使器件的光电性能大幅度提升。件的光电性能大幅度提升。
技术研发人员：宋伟东 郭越 马博新 梁田泓 张驰 何鑫 罗幸君 孙一鸣
受保护的技术使用者：五邑大学
技术研发日：2022.07.21
技术公布日：2022/11/1
