一种增强型石墨烯‑硅异质结光电探测芯片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了石墨烯‑硅异质结光电探测芯片及其制备方法，探测芯片包括：硅衬底；框形SiO2绝缘层，位于硅衬底周围边界；界面钝化层，位于硅衬底之上；石墨烯层，位于界面钝化层之上；金属纳米结构层，位于石墨烯层之上。通过在芯片结构中引入金属纳米结构，一方面，利用金属纳米结构的局域表面等离激元共振特性，可显著提升石墨烯/硅异质结的光吸收效率，提升器件的光响应度和线性光响应范围；另一方面，利用金属纳米结构在光激发下超快的光电转换过程，可显著提升芯片的光谱响应速率和频率特性；此外，利用不同材质、尺寸金属纳米颗粒具有的不同光谱共振特性，可显著改善探测芯片的特定光谱增强特性。

An enhanced graphene silicon heterojunction optoelectronic detection chip and preparation method thereof

The invention discloses a graphene silicon heterojunction optoelectronic detecting chip and its preparation method, detection chip includes: a silicon substrate; a frame shaped SiO2 insulating layer on the silicon substrate boundary; interface passivation layer on the silicon substrate; graphene layer in interface passivation layer; metal nano structure layer in graphene layer. Through the introduction of metal nanostructures in the chip structure on the one hand, the plasmonic resonance properties of metal nanostructures using localized surface, can significantly improve the graphene / silicon heterojunction light absorption efficiency, enhance the range of light response and linear light response devices; on the other hand, the use of metal nano structure of ultrafast photoelectric conversion in the process of light excitation, spectral response rate and frequency characteristics can significantly improve the chip; in addition, different resonance spectroscopy has the characteristics of using different materials and size of metal nanoparticles, can significantly improve the detection chip specific light spectrum enhancement characteristics.

【技术实现步骤摘要】
一种增强型石墨烯-硅异质结光电探测芯片及其制备方法
本专利技术属于光电
，具体涉及石墨烯-硅异质结型光电探测芯片及其制作方法。
技术介绍
光电探测芯片是一种通过将光信号转换为电信号从而获取光信息的媒介。由于具有体积小、功耗低、灵敏度高等优点，光电探测芯片已经遍布人们生活中的各个领域，尤其是近些年来智能家电及智能穿戴设备的飞速发展，使得这种基础信息交换元件成为当今应用最为广泛的一类电子器件。传统光电探测芯片主要是以硅、锗、砷化镓等半导体材料的PN或PIN结构为主，探测光谱波段可覆盖紫外至远红外波段。随着电子信息领域的快速发展，这类材料在制备高性能探测芯片方面面临着诸多的限制问题：如单质半导体中掺杂浓度受材料本身固溶度的限制，而多元化合物半导体中元素种类及含量的调控局限性大，工艺复杂，且难以与硅基进行集成化等。石墨烯-硅异质结探测芯片是近年来发展起来的新型光伏型光电探测器件。在光照情况下，该型探测芯片利用石墨烯与N型硅接触时形成的肖特基异质结可有效将光生载流子分离，结合石墨烯材料本身低电导率(<10-6Ωcm)和常温下高电子迁移率(>1.5×104cm2本文档来自技高网...

【技术保护点】
增强型石墨烯硅‑异质结光电探测芯片的制作方法，包括步骤：S1.提供具有N型掺杂的硅衬底；S2.在所述的N型硅衬底表面生长一层SiO2绝缘层；S3.通过光刻方法和刻蚀液体，在衬底上表面腐蚀部分SiO2绝缘层，制备出具有窗口区域裸露的N型硅；S4.在衬底上表面生长或转移界面钝化层；S5.在衬底上表面转移具有金属纳米结构修饰的石墨烯层；S6.在衬底下表面和衬底上表面未刻蚀SiO2层的区域蒸镀金属电极。

【技术特征摘要】
1.增强型石墨烯硅-异质结光电探测芯片的制作方法，包括步骤：S1.提供具有N型掺杂的硅衬底；S2.在所述的N型硅衬底表面生长一层SiO2绝缘层；S3.通过光刻方法和刻蚀液体，在衬底上表面腐蚀部分SiO2绝缘层，制备出具有窗口区域裸露的N型硅；S4.在衬底上表面生长或转移界面钝化层；S5.在衬底上表面转移具有金属纳米结构修饰的石墨烯层；S6.在衬底下表面和衬底上表面未刻蚀SiO2层的区域蒸镀金属电极。2.根据权利要求1所述的增强型石墨烯硅-异质结光电探测芯片的制备方法，其特征在于所述的衬底为N型衬底，电阻率为0.01～10Ω·cm。3.根据权利要求1所述的增强型石墨烯硅-异质结光电探测芯片的制备方法，其特征在于：所述的界面钝化层材料包括但不限于SiO2、Si3N4、hBN、AlN中的一种；所述的界面钝化层材料厚度为0.1nm-5nm。4.根据权利要求1所述的增强型石墨烯-硅异质结光电探测芯片的制备方法，其特征在于：所述的具有金属纳米结构修饰的石墨烯层，石墨烯的层数为1-10层。5.根据权利要求1所述的增强型石墨烯硅-异质结光电探测芯片的制备方法，其特征在于：所述的金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹君，李静，应安妮，刘恋，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建,35