选择性吸收增强的宽光谱多波段探测结构及其制备方法技术

本发明专利技术涉及选择性吸收增强的宽光谱多波段探测结构及其制备方法，该选择性吸收增强的宽光谱多波段探测结构，包括可探测不同波段入射光的若干个亚像素单元，每个亚像素单元均由方井状的微结构阵列及其表面的金属下电极、光敏层和上电极构成，不同亚像素单元中的方井状的微结构尺寸及阵列间距根据其所在亚像素单元的探测波段确定，所述方井状的微结构上端开口内部中空构成谐振腔，同一亚像素单元内相邻的方井状的微结构之间构成谐振腔。本发明专利技术解决现有技术中的探测器结构无法同时实现可见光‑近红外多波段吸收增强探测的问题。

Selective Absorption Enhanced Broadband Multiband Detection Structure and Its Preparation Method

The invention relates to a selective absorption enhanced broadband multi-band detection structure and a preparation method thereof. The selective absorption enhanced broadband multi-band detection structure includes several sub-pixel units capable of detecting incident light in different bands. Each sub-pixel unit is composed of a square well-shaped micro-structure array and a metal bottom electrode, a photosensitive layer and an upper electrode on its surface, and different sub-pixels. The size and array spacing of the square well-shaped microstructures in the cell are determined according to the detection band of the sub-pixel unit in which they are located. The hollow inside the upper opening of the square well-shaped microstructures constitutes a resonant cavity, and the resonant cavity is formed between the adjacent square well-shaped microstructures in the same sub-pixel unit. The invention solves the problem that the detector structure in the prior art can not simultaneously realize multi-band absorption enhancement detection of visible light and near infrared.

【技术实现步骤摘要】
选择性吸收增强的宽光谱多波段探测结构及其制备方法
本专利技术属于光电探测
，具体涉及一种选择性吸收增强的宽光谱多波段探测结构及其制备方法。
技术介绍
光电探测器是由辐射引起被照射材料电导率发生改变而进行探测。光电探测器具有广泛用途，在可见光或近红外波段主要用于成像和探测、工业自动控制、光度计量等；在红外波段主要用于红外热成像、红外遥感等方面。常见的是单波段的可见光成像或者单波段的红外成像器件，其波段覆盖范围窄，集成度低，在宽光谱探测应用时因体积大、重量重、功耗高、对入射光波利用率不够高等原因，应用受到限制。成像器件由像素单元阵列组成，每个像素单元又由多种亚像素单元组合构成。现有的可见光探测器的像素单元由可探测红光（R）、绿光（G）、蓝光（B）的3个探测区域组成，分别称为红光（R）亚像素单元，绿光（G）亚像素单元，蓝光（B）亚像素单元，各区域上方的滤光片对入射光波进行滤波，分别选择性透过红光、绿光、蓝光，分别称为红光滤光片（R）、绿光滤光片（G）、蓝光滤光片（B）。三种滤光片在三种亚像素单元上方对应排布，上下对正。相应地，三种滤光片的阵列位于像素单元阵列的正上方，其中红光滤光片（R）在红光（R）亚像素单元正上方，绿光滤光片（G）在绿光（G）亚像素单元正上方，蓝光滤光片（B）在蓝光（B）亚像素单元正上方。设计红光（R）、绿光（G）、蓝光（B）亚像素单元不同的排列组合形式，使入射光波透过探测元件，实现可见光波段的彩色探测成像，此种探测元件对光波的吸收利用率低。已公开专利CN106328753A提出了基于MEMS微结构的红外增强Si-PIN探测器及其制备方法，探测器包括硅本征衬底、MEMS微结构层、红外增强非晶硅钌合金薄膜、金属下电极、P型区、环形P+型区、上电极，MEMS微结构层为按正方形阵列排布的柱子或孔洞，通过调控微结构的柱子或孔洞的结构参数及其阵列的周期参数，可以得到光波不同的反射率和吸收峰的位置，从而提高特定波长的响应特性。该专利技术的探测器结构中红外探测的光敏面在微结构的底面，提高了红外光的探测能力，简单描述了探测器结构中的MEMS结构。该专利技术专利只对近红外实现吸收增强，未实现可见光-近红外波段宽光谱探测及吸收增强。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种选择性吸收增强的宽光谱多波段探测结构及其制备方法，解决现有技术中的探测器结构无法同时实现可见光-近红外多波段吸收增强探测的问题。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：选择性吸收增强的宽光谱多波段探测结构，包括可探测不同波段入射光的若干个亚像素单元，每个亚像素单元均由方井状的微结构阵列及其表面的金属下电极、光敏层和上电极构成，不同亚像素单元中的方井状的微结构尺寸及阵列间距根据其所在亚像素单元的探测波段确定，所述方井状的微结构上端开口内部中空构成谐振腔，同一亚像素单元内相邻的方井状的微结构之间构成谐振腔。进一步的，包括衬底，所述衬底的上端面包括红光方井阵列结构、绿光方井阵列结构、蓝光方井阵列结构和近红外光方井阵列结构；在衬底上的结构表面依次设置金属下电极、光敏层和上电极；所述红光方井阵列结构、绿光方井的阵列结构、蓝光方井的阵列结构、近红外光方井的阵列结构与它们表面上的金属下电极、光敏层和上电极分别构成红光亚像素单元、绿光亚像素单元、蓝光亚像素单元和近红外光亚像素单元；所述红光亚像素单元、绿光亚像素单元、蓝光亚像素单元和近红外光亚像素单元上方分别设置滤光片。进一步的，红光方井的阵列结构、绿光方井的阵列结构、蓝光方井的阵列结构和近红外光方井的阵列结构各自方井内壁及相邻方井外壁之间每对下电极构成的反射面的间距分别是R（红光）、G（绿光）、B（蓝光）、IR（近红外光）四种亚像素单元所探测光波频段中心波长的四分之一。进一步的，所述红光亚像素单元、绿光亚像素单元、蓝光亚像素单元和近红外光亚像素单元上方的设置的滤光片分别只能透过红光、绿光、蓝光和近红外光。选择性吸收增强的宽光谱多波段探测结构的制备方法，包括以下步骤：根据各自的工作波段分别确定红光、绿光、蓝光、红外光的方井微结构尺寸；在基片上同时制备红光、绿光、蓝光、近红外光方井阵列结构，构成衬底；在红光、绿光、蓝光、红外光方井阵列结构表面化学镀制导电金属薄膜作为金属下电极；在金属下电极表面制备宽光谱响应的纳米光敏层；在光敏层表面制备透明导电纳米线网格作为上电极；刻蚀红光、绿光、蓝光和近红外光方井阵列结构之间的上电极、光敏层和金属下电极，构成相互隔离的红光、绿光、蓝光和近红外光亚像素单元。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：根据红光、绿光、蓝光和近红外光四种亚像素单元各自对应的探测波段中心波长，分别在探测器衬底各自区域制作不同尺寸的三维方井微结构，亚像素单元内的方井内壁相对的下电极表面及相邻方井结构外壁相对的下电极表面均构成谐振腔；其中，每个方井微结构内壁相对的下电极表面形成两对反射面，每个方井微结构的外壁下电极表面与相邻的方井微结构外壁下电极表面最多可以形成四对反射面。每对反射面形成一个谐振腔，入射的光波进入谐振腔，被光敏层吸收形成光生载流子，未被吸收的光波到达下电极，通过谐振腔的反射面多次反射，多次穿过光敏层，直至谐振腔的入射光波几乎全被吸收，从而提高了探测效率及灵敏度，提高了光波利用率。在同一器件中集成了从可见光到红外的多波段探测单元，可同时实现可见光与红外同多波段吸收增强探测。附图说明图1为本专利技术实施例的探测器结构的示意图。图2为探测器结构的俯视图。图3为探测器结构的局部剖视图。其中，1-衬底，2-下电极，3-光敏层，4-上电极，111-红光亚像素单元，112-绿光亚像素单元，113-蓝光亚像素单元，114-近红外光亚像素单元，101-红光方井，102-绿光方井，103-蓝光方井，104-近红外光方井。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本申请的基本原理和思路是：宽光谱探测结构的基底是三维的方井微结构的阵列，方井微结构的方井内和方井微结构之间具有谐振腔。由方井微结构阵列及其表面的下电极2、光敏层3和上电极4构成的亚像素单元上方布置微透镜阵列，其中的每个微透镜对着下方的亚像素单元，微透镜将入射光波汇聚，透过滤光片，进入宽光谱探测结构，大部分光波射到谐振腔，少部分射到非谐振处。入射的光波透过导电且透可见光和近红外的上电极4，然后经过对可见光和近红外敏感的材料构成的光敏层3，激发光敏层3的探测薄膜进行光电转化，产生光生载流子，在电场的作用下，光生载流子流出，形成光电流。之后入射光波到达由金属制备的下电极2，由于下电极2表面具有较高的反射率，入射到谐振腔的光波在谐振腔内多次反射，并多次穿过光敏层3，直至谐振腔的入射光波几乎全被吸收，从而提高了探测效率及灵敏度。简而言之，该结构包括可探测不同波段入射光的若干个亚像素单元，每个亚像素单元均由方井微结构阵列及其表面的下电极2、光敏层3和上电极4构成，不同亚像素单元中的方井微结构尺寸及阵列间距根据其所在亚像素单元的探测波段中心波长确定，所述方井微结构方井内壁相对的下电极2表面构成谐振腔，同一亚像素单元内相邻的方井微结构外壁相对的下电极2表面之间构成谐振腔。下面介绍本专利技术宽光谱探测结构的一个具体的实施例：参见图1，一种选择性吸收增强的宽光谱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.选择性吸收增强的宽光谱多波段探测结构，其特征在于，包括可探测不同波段入射光的若干个亚像素单元，每个亚像素单元均由方井状的微结构阵列及其表面的金属下电极（2）、光敏层（3）和上电极（4）构成，不同亚像素单元中的方井状的微结构尺寸及阵列间距根据其所在亚像素单元的探测波段确定，所述方井状的微结构上端开口内部中空构成谐振腔，同一亚像素单元内相邻的方井状的微结构之间构成谐振腔。

【技术特征摘要】
1.选择性吸收增强的宽光谱多波段探测结构，其特征在于，包括可探测不同波段入射光的若干个亚像素单元，每个亚像素单元均由方井状的微结构阵列及其表面的金属下电极（2）、光敏层（3）和上电极（4）构成，不同亚像素单元中的方井状的微结构尺寸及阵列间距根据其所在亚像素单元的探测波段确定，所述方井状的微结构上端开口内部中空构成谐振腔，同一亚像素单元内相邻的方井状的微结构之间构成谐振腔。2.根据权利要求1所述选择性吸收增强的宽光谱多波段探测结构，其特征在于，包括衬底（1），所述衬底（1）的上端面包括红光方井（101）的阵列、绿光方井（102）的阵列、蓝光方井（103）的阵列和近红外光方井（104）的阵列；在衬底（1）上的结构表面依次设置金属下电极（2）、光敏层（3）和上电极（4）；所述红光方井（101）的阵列结构、绿光方井（102）的阵列结构、蓝光方井（103）的阵列结构、近红外光方井（104）的阵列结构与它们表面上的金属下电极（2）、光敏层（3）和上电极（4）分别构成红光亚像素单元（111）、绿光亚像素单元（112）、蓝光亚像素单元（113）和近红外光亚像素单元（114）；所述红光亚像素单元（111）、绿光亚像素单元（112）、蓝光亚像素单元（113）和近红外光亚像素单元（114）上方分别设置滤光片。...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘欢，刘卫国，安妍，白民宇，韩军，王卓曼，胡加兴，蔡长龙，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61