一种能够增强氧化镓紫外吸光度的制备方法及根据该方法制备的氧化镓材料

1.本技术涉及氧化镓材料技术领域，特别涉及一种能够增强氧化镓紫外吸光度的制备方法及根据该方法制备的氧化镓材料。


背景技术：

2.进入21世纪以来，信息技术迅速发展，传统的硅基紫外探测器已经无法满足现代技术的要求。氧化镓(ga2o3)是一种新型的宽禁带透明导电半导体材料，其禁带宽度为4.6～5.1ev，对应的吸收截止边为240～270nm，位于日盲紫外光区域(200～280nm)。基于氧化镓的日盲紫外探测器在导弹追踪、火焰探测、臭氧监测、雷电预警和紫外泄露等领域具有广阔的应用前景，而氧化镓在制备紫外探测器过程中仍存在种种问题，过往采用贵金属来提升半导体的光子吸收，其方法往往制作工艺复杂，制备成本高，极大地限制了氧化镓的广泛应用。因此，如何在简化工艺、降低成本的基础上有效提升氧化镓的紫外吸光性能仍需要进一步地探索。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本技术提出一种能够增强氧化镓紫外吸光度的制备方法及根据该方法制备的氧化镓材料，旨在解决现有技术中存在的制备工艺复杂、氧化镓本征薄膜紫外吸收效率不高、制备成本高等技术问题。
4.一方面，本技术提供一种能够增强氧化镓紫外吸光度的制备方法，包括以下步骤：
5.s1：准备一衬底；
6.s2：将所述衬底放入磁控溅射生长腔内生长一层氧化镓薄膜；
7.s3：将所述氧化镓薄膜放入退火炉中进行退火处理；
8.s4：将退火处理后的所述氧化镓薄膜放入磁控溅射生长腔内，在所述氧化镓薄膜的外表面上生长一层铜薄膜；
9.s5：将生长有所述铜薄膜的所述氧化镓薄膜放入退火炉中进行退火处理，使得所述铜薄膜裂成铜纳米粒子。
10.所述步骤s3中，退火温度为700℃～1100℃，退火时间为1h。
11.在一实施例中，所述步骤s5中，退火温度为350℃～650℃，退火时间为450s～600s。
12.在一实施例中，所述步骤s2中，所述氧化镓薄膜在磁控溅射真空度低于3*10-6
toor后开始生长，在所述氧化镓薄膜的生长过程中：
13.所述氧化镓薄膜的生长参数为：溅射功率为100w，氩气气流量为100sccm，氧气气流量为10sccm，生长时间为3300s，生长厚度为100nm。
14.在一实施例中，所述步骤s4中，所述铜薄膜在磁控溅射真空度低于3*10-6
toor后开始生长，在所述铜薄膜的生长过程中：
15.所述铜薄膜的生长参数为：溅射功率为100w，氩气气流量为100sccm，生长时间为20s～80s，生长厚度为5nm～40nm。
16.在一实施例中，所述步骤s5中，所述铜薄膜在氮气氛围中进行快速退火，氮气气流量为10sccm。
17.在一实施例中，所述铜纳米粒子的粒径为10nm～40nm。
18.在一实施例中，所述铜纳米粒子的形貌为不规则球状。
19.在一实施例中，所述衬底为蓝宝石衬底。
20.另一方面，本技术还提供一种氧化镓材料，该氧化镓材料根据如上所述的制备方法制得。
21.综上所述，本技术提供一种能够增强氧化镓紫外吸光度的制备方法及根据该方法制备的氧化镓材料，先在一衬底上通过磁控溅射的方式生长一层能产生紫外吸收的氧化镓薄膜，对氧化镓薄膜进行退火处理，再将氧化镓薄膜通过磁控溅射的方式生长一层铜薄膜，然后进行快速退火，使得铜薄膜受热量作用而裂成铜纳米粒子。该制备方法利用铜纳米粒子来增强氧化镓的紫外吸光性能，工艺步骤简单，易操作，进而有效降低制备成本，且通过该制备方法制备的氧化镓材料紫外吸光度提升效果显著。
附图说明
22.图1为本技术例示性的制备方法的工艺流程示意图。
23.图2为通过本技术的制备方法所制备的氧化镓材料的截面示意图。
24.图3为通过本技术的制备方法所制备的氧化镓材料的sem图。
25.图4为通过本技术的制备方法所制备的表面附有铜纳米粒子的氧化镓材料与表面未附有铜纳米粒子的氧化镓材料的吸光度对比曲线图。
具体实施方式
26.以下结合具体实施例和附图来进一步说明本技术，但实施例并不对本技术做任何形式的限定。实施例在以本技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本技术的保护范围不限于下述的实施例。
27.请同时参考图1至图4所示，本技术提供一种能够增强氧化镓紫外吸光度的制备方法及根据该方法制备的氧化镓材料。该制备方法包括以下步骤：
28.s1：准备一衬底10；
29.s2：将衬底10放入磁控溅射生长腔内生长一层氧化镓薄膜12；
30.s3：将氧化镓薄膜12放入退火炉中进行退火处理；
31.s4：将退火处理后的氧化镓薄膜12放入磁控溅射生长腔内，在氧化镓薄膜12的外表面上生长一层铜薄膜；
32.s5：将生长有铜薄膜的氧化镓薄膜12放入退火炉中进行退火处理，使得铜薄膜裂成铜纳米粒子14。
33.其中，衬底10可选用蓝宝石衬底。在其他实施例中，衬底10也可以选用其他适合的衬底。在衬底10上生长出来的氧化镓薄膜12能产生紫外吸收，在氧化镓薄膜12上生长的铜薄膜用于后续制备铜纳米粒子14。
34.如图1和图3所示，铜纳米粒子14的形貌为不规则球状，经粒度测试得知，铜纳米粒子14的粒径为10nm～40nm，优选为30nm～40nm。
35.进一步地，步骤s1还包括对衬底10进行清洁及干燥。具体地，衬底10先后使用丙酮、乙醇以及去离子水超声清洗10分钟，然后用氮气干燥，然后在磷酸：硫酸＝3:1的溶液中清洗10分钟，最后用去离子水清洗干净并用氮气吹干。
36.优选地，步骤s2中，氧化镓薄膜12在磁控溅射真空度低于3*10-6
toor后开始生长，在氧化镓薄膜12的生长过程中：
37.氧化镓薄膜12的生长参数为：溅射功率为100w，氩气气流量为100sccm，氧气气流量为10sccm，生长时间为3300s，生长厚度为100nm。
38.优选地，步骤s3中，退火温度为700℃～1100℃，优选为900℃，退火时间为1h。
39.优选地，步骤s4中，铜薄膜在磁控溅射真空度低于3*10-6
toor后开始生长，在铜薄膜的生长过程中：
40.铜薄膜的生长参数为：溅射功率为100w，氩气气流量为100sccm，生长时间为20s～80s，优选为40s，生长厚度为5nm～40nm，优选为20nm。
41.优选地，在铜薄膜制备完成后，需要进行快速退火处理。具体地，步骤s5中，铜薄膜在氮气氛围中进行快速退火，氮气气流量为10sccm，退火温度为350℃～650℃，优选为400℃，退火时间为450s～600s，优选为600s。
42.在所示的实施例中，能够增强氧化镓紫外吸光度的制备方法包括以下步骤：
43.准备一个蓝宝石材质的衬底10，并对衬底10进行清洁和干燥，具体操作为先后使用丙酮、乙醇以及去离子水超声清洗10分钟，然后用氮气干燥，然后在磷酸：硫酸＝3:1的溶液中清洗10分钟，最后用去离子水清洗干净并用氮气吹干；
44.将洗净、干燥后的衬底10放入磁控溅射生长腔内，待生长腔内的真空度到3*10-6
toor后，调整溅射功率为100w，氩气气流量为100sccm，氧气气流量为10sccm，时间为3300s，厚度为100nm，开始磁控溅射操作，以在衬底10上生长形成能产生紫外吸收的氧化镓薄膜12；
45.将生长好氧化镓薄膜12的衬底10放入退火炉中进行900℃的退火处理，退火时间为1h；
46.将退火处理后的氧化镓薄膜12及衬底10再次放入磁控溅射生长腔内，待生长腔内的真空度到3*10-6
toor后，调整溅射功率为100w，氩气气流量为100sccm，时间为40s，厚度为20nm，开始磁控溅射操作，以在氧化镓薄膜12上生长形成铜薄膜，铜薄膜用于后续制备铜纳米粒子14；
47.将生长好的铜薄膜、氧化镓薄膜12及衬底10放入退火炉中，在退火炉中输入氮气，并设定氮气气流量为10sccm，退火温度为400℃，进行退火处理，退火时间为600s，使得氧化镓薄膜12表面的铜薄膜裂成粒径为30nm～40nm的不规则球状的铜纳米粒子14。
48.如图3所示，通过sem图片可以看出氧化镓薄膜12表面的铜纳米粒子14为不规则球状。如图4所示，通过本技术的上述制备方法所制备的表面附有铜纳米粒子的氧化镓材料a的紫外吸光度显著高于表面未附有铜纳米粒子的氧化镓材料b的吸光度，表明通过本技术的制备方法能够显著增强氧化镓的紫外吸光度，且采用本技术的氧化镓材料所制备的器件，例如紫外探测器具有紫外吸收效率高的优点。
49.综上所述，本技术提供一种能够增强氧化镓紫外吸光度的制备方法及根据该方法制备的氧化镓材料，先在一衬底上通过磁控溅射的方式生长一层能产生紫外吸收的氧化镓薄膜，对氧化镓薄膜进行退火处理，再将氧化镓薄膜通过磁控溅射的方式生长一层铜薄膜，然后进行快速退火，使得铜薄膜受热量作用而裂成铜纳米粒子。该制备方法利用铜纳米粒子来增强氧化镓的紫外吸光性能，工艺步骤简单，易操作，进而有效降低制备成本，且通过该制备方法制备的氧化镓材料紫外吸光度提升效果显著。
50.本技术所描述的概念在不偏离其精神和特性的情况下可以实施成其它形式。所公开的具体实施例应被视为例示性而不是限制性的。因此，本技术的范围是由所附的权利要求，而不是根据之前的这些描述进行确定。在权利要求的字面意义及等同范围内的任何改变都应属于这些权利要求的范围。

技术特征：
1.一种能够增强氧化镓紫外吸光度的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：准备一衬底；s2：将所述衬底放入磁控溅射生长腔内生长一层氧化镓薄膜；s3：将所述氧化镓薄膜放入退火炉中进行退火处理；s4：将退火处理后的所述氧化镓薄膜放入磁控溅射生长腔内，在所述氧化镓薄膜的外表面上生长一层铜薄膜；s5：将生长有所述铜薄膜的所述氧化镓薄膜放入退火炉中进行退火处理，使得所述铜薄膜裂成铜纳米粒子。2.如权利要求1所述的能够增强氧化镓紫外吸光度的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，退火温度为700℃～1100℃，退火时间为1h。3.如权利要求1所述的能够增强氧化镓紫外吸光度的制备方法，其特征在于，所述步骤s5中，退火温度为350℃～650℃，退火时间为450s～600s。4.如权利要求1所述的能够增强氧化镓紫外吸光度的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，所述氧化镓薄膜在磁控溅射真空度低于3*10-6
toor后开始生长，在所述氧化镓薄膜的生长过程中：所述氧化镓薄膜的生长参数为：溅射功率为100w，氩气气流量为100sccm，氧气气流量为10sccm，生长时间为3300s，生长厚度为100nm。5.如权利要求1所述的能够增强氧化镓紫外吸光度的制备方法，其特征在于，所述步骤s4中，所述铜薄膜在磁控溅射真空度低于3*10-6
toor后开始生长，在所述铜薄膜的生长过程中：所述铜薄膜的生长参数为：溅射功率为100w，氩气气流量为100sccm，生长时间为20s～80s，生长厚度为5nm～40nm。6.如权利要求1所述的能够增强氧化镓紫外吸光度的制备方法，其特征在于，所述步骤s5中，所述铜薄膜在氮气氛围中进行快速退火，氮气气流量为10sccm。7.如权利要求1所述的能够增强氧化镓紫外吸光度的制备方法，其特征在于，所述铜纳米粒子的粒径为10nm～40nm。8.如权利要求1所述的能够增强氧化镓紫外吸光度的制备方法，其特征在于，所述铜纳米粒子的形貌为不规则球状。9.如权利要求1所述的能够增强氧化镓紫外吸光度的制备方法，其特征在于，所述衬底为蓝宝石衬底。10.一种氧化镓材料，其特征在于，根据权利要求1-9中任一项所述的制备方法制得。

技术总结
本申请提供一种能够增强氧化镓紫外吸光度的制备方法及根据该方法制备的氧化镓材料，先在一衬底上通过磁控溅射的方式生长一层能产生紫外吸收的氧化镓薄膜，对氧化镓薄膜进行退火处理，再将氧化镓薄膜通过磁控溅射的方式生长一层铜薄膜，然后进行快速退火，使得铜薄膜受热量作用而裂成铜纳米粒子。该制备方法利用铜纳米粒子来增强氧化镓的紫外吸光性能，工艺步骤简单，易操作，进而有效降低制备成本，且通过该制备方法制备的氧化镓材料紫外吸光度提升效果显著。提升效果显著。提升效果显著。


技术研发人员：张法碧 翁程浩 周娟 李海鸥 孙堂友 陈永和 刘兴鹏 李琦 王阳培华 廖清 陈赞辉 首美花 彭英 傅涛 肖功利 邓艳容
受保护的技术使用者：桂林电子科技大学
技术研发日：2023.05.10
技术公布日：2023/8/16