一種可見近紅外寬帶熱電子光電探測器結構及其制備方法技術

本發明專利技術涉及一種可見近紅外寬帶熱電子光電探測器結構及其制備方法，包括由下自上依次設置的歐姆接觸電極、寬禁帶半導體襯底、納米孔陣列及肖特基接觸電極；肖特基接觸電極覆蓋在納米孔陣列上。本發明專利技術使用寬禁帶半導體與金屬的肖特基接觸，實現光子能量在肖特基勢壘高度和半導體帶隙之間的光吸收。本發明專利技術通過調節納米孔陣列的結構，在肖特基接觸電極上激發表面等離激元，從而增強光吸收、實現特定功能。實現特定功能。實現特定功能。

【技術實現步驟摘要】
一種可見近紅外寬帶熱電子光電探測器結構及其制備方法


[0001]本專利技術涉及一種可見近紅外寬帶熱電子光電探測器結構及其制備方法，屬于半導體


技術介紹

[0002]半導體光電探測器被廣泛應用于射線探測、工業自動控制、光度計量、遙感成像等方面；目前得到廣泛應用的半導體光電探測器有用于紅外探測的銦鎵砷探測器、近紫外到近紅外的硅探測器，以及應用在紫外波段的SiC探測器等；這些探測器基于半導體本征光吸收原理研制，響應度高。但這些得到大規模應用的探測器也有一些問題，主要在于適用溫度有限，大部分探測器可用溫度在
?
20
?
80℃，小部分能達到
?
50
?
100℃，在工業及航空航天領域應用有限；另外，基于本征光吸收的器件要實現光譜選擇、偏振光識別等應用，必須與一些外置的光學模塊一起使用，降低了器件的集成度。
[0003]使用寬禁帶半導體材料來實現可見光到近紅外波段的光學探測可以在一定程度上解決傳統光電探測器穩定性差的問題：基于寬禁帶半導體與高功函數金屬(如鎳、金、鈀、鉑等金屬)具有較高的肖特基勢壘高度，而寬禁帶半導體本身即有優良的溫度穩定性，因此能實現高溫下的穩定光響應。另外，碳化硅、氧化鎵等材料可以生長大面積的單晶襯底，可以利用其來制備光學結構，從而實現一些光學分辨功能。但由于寬禁帶半導體材料的禁帶寬度多大于3eV，傳統的寬禁帶光電探測器只能用于紫外光電探測，為了實現其可在可見光到近紅外波段的光電響應，可基于熱電子探測器的原理進行設計。r/>[0004]熱電子光電探測器的工作原理是金屬在電磁波的作用下受激震蕩，釋放出具有一定能量的熱電子，當熱電子能量大于金屬于半導體間的肖特基勢壘高度后，即可產生光電流，實現光響應。因此，設計不同的表面等離激元結構即可實現光學分辨功能。熱電子光電探測器的性能一般用響應度來表征，指的是單位入射光功率下的光電流大小；可以從兩個方面提高熱電子光電探測器響應度，一是提高光吸收率，二是提高熱電子在金屬中的傳輸效率。
[0005]綜上，一般半導體光電探測器存在溫度穩定性差、光學識別功能集成度差的缺陷。

技術實現思路

[0006]針對現有技術的不足，本專利技術提供了一種耐高溫、可以實現廣譜響應和光譜選擇的寬禁帶半導體熱電子光電探測器；并且通過合理的設計，可大幅度提高其光響應能力。對于背入射器件，通過添加合適的反射鏡可以提高光吸收率，提高器件性能。
[0007]本專利技術的技術方案為：
[0008]一種可見近紅外寬帶熱電子光電探測器結構，包括由下自上依次設置的歐姆接觸電極、寬禁帶半導體襯底、納米孔陣列及肖特基接觸電極；所述肖特基接觸電極覆蓋在所述納米孔陣列上。
[0009]根據本專利技術優選的，所述納米孔陣列為具有二維周期點陣排列的圓孔。
[0010]根據本專利技術優選的，所述圓孔周期范圍為400
?
1000nm，所述圓孔孔徑為200
?
500nm，所述圓孔的刻蝕深度為500
?
1000nm，所述圓孔的排列方式為四方排列或六方排列。
[0011]進一步優選的，所述圓孔周期范圍為400
?
700nmnm，所述圓孔孔徑為200
?
350nm，所述圓孔排列方式為四方排列，所述圓孔的刻蝕深度為600nm。
[0012]最優選的，所述圓孔周期為600nm，所述圓孔孔徑為420nm，所述圓孔排列方式為六方排列，所述圓孔的刻蝕深度為600nm。
[0013]根據本專利技術優選的，所述圓孔周期為200nm，所述圓孔孔徑為440nm，所述圓孔排列方式為六方排列，所述圓孔的刻蝕深度為600nm。
[0014]根據本專利技術優選的，所述寬禁帶半導體襯底的材料為氧化鎵、碳化硅、氮化鎵、氧化鈦、氧化鋅中的任一種。
[0015]根據本專利技術優選的，所述寬禁帶半導體襯底的摻雜濃度為1
×
10
17
cm
?3?1×
10
?
19
cm
?3；
[0016]進一步優選的，所述寬禁帶半導體襯底的摻雜濃度為5
×
10
17
cm
?3。
[0017]根據本專利技術優選的，所述肖特基接觸電極為厚度為15
?
30nm的金薄膜。
[0018]進一步優選的，所述肖特基接觸電極為厚度為20nm的金薄膜。
[0019]根據本專利技術優選的，歐姆接觸電極及肖特基接觸電極均為金屬電極，材質為金、銀、鋁、鎳、鉑、銠、鈀、銅、鉻、鈷、鎢中的任意一種或幾種組成的金屬疊層。
[0020]根據本專利技術優選的，所述光電探測器結構還包括反射鏡介質層、反射鏡；所述肖特基接觸電極上依次生長有所述反射鏡介質層、反射鏡。
[0021]根據本專利技術優選的，所述反射鏡介質層的材料為氧化鋁、氧化硅或聚甲基丙烯酸甲酯；所述反射鏡的材料為銀或鋁。
[0022]根據本專利技術優選的，所述反射鏡介質層的厚度為150nm；所述反射鏡的厚度為50nm。
[0023]上述可見近紅外寬帶熱電子光電探測器結構的制備方法，包括：
[0024]1)清洗寬禁帶半導體襯底；
[0025]2)制備納米孔陣列；使用聚焦離子束設備，在清洗后的寬禁帶半導體襯底上定義刻蝕納米孔陣列圖案，使用Ga離子束刻蝕，得到納米孔陣列；
[0026]3)制備歐姆接觸電極及肖特基接觸電極；采用電子束蒸發工藝在寬禁帶半導體襯底的底部制作歐姆接觸電極，采用電子束蒸發工藝在納米孔陣列上蒸鍍金薄膜，制作肖特基接觸電極。
[0027]根據本專利技術優選的，步驟3)完成后，執行如下操作：
[0028]4)在肖特基接觸電極上沉積或旋涂氧化鋁、氧化硅或聚甲基丙烯酸甲酯，制作反射鏡介質層；
[0029]5)采用電子束蒸發工藝在反射鏡介質層上沉積鋁或銀，制作反射鏡，既得。
[0030]根據本專利技術優選的，步驟2)完成后執行以下操作：使用快速熱退火設備，在氧氣和氮氣氛圍中進行快速熱退火，退火溫度為300
?
700℃，時間為3
?
10min。
[0031]根據本專利技術優選的，步驟3)中，蒸鍍歐姆接觸電極之后，在氮氣環境下進行熱退火，退火溫度350
?
500℃，時間為3min。
[0032]根據本專利技術優選的，步驟1)的具體實現過程為：依次使用丙酮、異丙醇、乙醇、去離
子水分別超聲清洗，用氮氣吹干。
[0033]本專利技術的有益效果為：
[0034]1、本專利技術基于寬禁帶半導體進行光電探測，由于其寬帶隙與較大的肖特基勢壘高度，可以有效提高光電探測器的溫度穩定性。
[0035]2、采用硅等窄帶隙半導體，其響應波段受限于硅本身帶隙，僅可以近紅外波段以熱電子方式工作，本專利技術利用寬禁帶半導體的肖特基勢壘進行光電探測，大大擴展了器件的響本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種可見近紅外寬帶熱電子光電探測器結構，其特征在于，包括由下自上依次設置的歐姆接觸電極、寬禁帶半導體襯底、納米孔陣列及肖特基接觸電極；所述肖特基接觸電極覆蓋在所述納米孔陣列上。2.根據權利要求1所述的一種可見近紅外寬帶熱電子光電探測器結構，其特征在于，所述納米孔陣列為具有二維周期點陣排列的圓孔。3.根據權利要求1所述的一種可見近紅外寬帶熱電子光電探測器結構，其特征在于，所述圓孔周期范圍為400
?
1000nm，所述圓孔孔徑為200
?
500nm，所述圓孔的刻蝕深度為500
?
1000nm，所述圓孔的排列方式為四方排列或六方排列；進一步優選的，所述圓孔周期范圍為400
?
700nmnm，所述圓孔孔徑為200
?
350nm，所述圓孔排列方式為四方排列，所述圓孔的刻蝕深度為600nm；最優選的，所述圓孔周期為600nm，所述圓孔孔徑為420nm，所述圓孔排列方式為六方排列，所述圓孔的刻蝕深度為600nm。4.根據權利要求1所述的一種可見近紅外寬帶熱電子光電探測器結構，其特征在于，所述圓孔周期為200nm，所述圓孔孔徑為440nm，所述圓孔排列方式為六方排列，所述圓孔的刻蝕深度為600nm。5.根據權利要求1所述的一種可見近紅外寬帶熱電子光電探測器結構，其特征在于，所述寬禁帶半導體襯底的材料為氧化鎵、碳化硅、氮化鎵、氧化鈦、氧化鋅中的任一種；所述寬禁帶半導體襯底的摻雜濃度為1
×
10
17
cm
?3?1×
10
?
19
cm
?3；所述肖特基接觸電極為厚度為15
?
30nm的金薄膜；歐姆接觸電極及肖特基接觸電極均為金屬電極，材質為金、銀、鋁、鎳、鉑、銠、鈀、銅、鉻、鈷、鎢中的任意一種或幾種組成的金屬疊層；進一步優選的，所述寬禁帶半導體襯底的摻雜濃度為5
×
10
17
cm
?3；所述肖特基接觸電極為厚度為20nm的金薄膜。6.根據權利要求1...

【專利技術屬性】
技術研發人員：馮華鈺，郭晨，焦錫檬，楊華榮，
申請(專利權)人：山東大學，
類型：發明
國別省市：