一种受厚度调控的肖特基结无机窄带光电探测器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种受厚度调控的肖特基结无机窄带光电探测器及其制备方法，是以无机半导体衬底作为感光层，在其下表面设置有开设透光孔的底电极、上表面设置有与其呈肖特基接触的顶电极。本发明专利技术的无机窄带光电探测器，通过调控无机半导体衬底的厚度，可以调控探测波长的范围；通过选择具有不同禁带宽度的半导体材料，可以实现对于不同波长的窄带探测，抗环境噪声能力强。

A thickness regulated Schottky junction inorganic narrow band photodetector and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种受厚度调控的肖特基结无机窄带光电探测器及其制备方法
本专利技术涉及一种近红外窄带探测器，具体涉及一种受厚度调控的肖特基结无机窄带光电探测器及其制备方法。
技术介绍
光电探测器应用范围广泛，其中近红外窄带光电探测器在光通讯、安全系统及智能监控等方面具有重要的应用价值。目前实现窄带探测主要采用三种策略：选用窄吸收带光电导材料、加装带通滤波器或者通过等离子效应增强特定区域的光吸收。但这些方法存在材料选择范围窄、器件结构复杂、窄带效果不好的问题。目前通过厚度调控的光电探测器材料主要为钙钛矿材料，材料稳定性差，且器件类型为光电导型，响应度低、能耗高，与现有微电子工艺兼容性差。
技术实现思路
为避免上述现有技术所存在的不足之处，本专利技术提供了一种受厚度调控的肖特基结无机窄带光电探测器及其制备方法，以期实现自驱动近红外窄带光电探测，有效提升窄带光电探测器的稳定性及响应度，提高与微电子工艺的兼容性。本专利技术解决技术问题采用如下技术方案：一种受厚度调控的肖特基结无机窄带光电探测器，其特点在于：所述无机窄带光电探测器是以无机半导体衬底作为感光层，在所述无机半导体衬底的下表面设置有底电极、上表面设置有顶电极；所述底电极与所述无机半导体衬底呈欧姆接触，在所述底电极上开设有透光孔；所述顶电极与所述无机半导体衬底形成肖特基接触。所述无机窄带光电探测器在进行光电探测时，是以无机半导体衬底的下表面作为迎光面，通过调控所述无机半导体衬底的厚度，调控探测波长的范围。进一步地，所述无机半导体衬底为Si、Ge或GaAs衬底。在本专利技术的无机窄带光电探测器中，顶电极同无机半导体材料形成的肖特基结耗尽区主要形成于无机半导体材料中，顶电极的形状和面积决定光电探测器光电转化截面积。本专利技术所述无机窄带光电探测器的制备方法为：通过湿法刻蚀或反应离子干法刻蚀的方法，将无机半导体衬底刻蚀至所需厚度；然后将所需厚度的无机半导体衬底依次用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗后，用氮气吹干备用；再通过转移、旋涂或蒸镀的方法，在无机半导体衬底的下表面和上表面分别制作开设有透光孔的底电极和顶电极，即完成无机窄带光电探测器的制备。与已有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：1、本专利技术的无机窄带光电探测器，通过调控无机半导体衬底的厚度，可以调控探测波长的范围；通过选择具有不同禁带宽度的半导体材料，可以获得对于不同波长的窄带探测，抗环境噪声能力强。2、本专利技术采用无机半导体衬底材料作为主要的感光层，感光材料光电性能良好，大幅提高了无机窄带光电探测器的响应灵敏度；且无机半导体衬底稳定性好，大幅提高了器件的稳定性。3、本专利技术采用与无机半导体衬底形成肖特基结的顶电极，增强了对光生载流子的分离收集能力，使得该无机窄带光电探测器可以在零偏压下自驱动检测光信号，功耗小。4、本专利技术的无机窄带光电探测器采用纵向垂直结构，结构简单、平面面积利用率高，便于提升集成度。5、本专利技术的无机窄带光电探测器制备方法简单，与现有微电子工艺兼容性好。附图说明图1为本专利技术受厚度调控的肖特基结无机窄带光电探测器的结构示意图，图中标号：1为底电极，1A为透光孔，2为半导体衬底，3为顶电极；图2为本专利技术实施例1所得无机窄带光电探测器(h＝500μm)在黑暗条件下的整流特性曲线；图3为本专利技术实施例1所得无机窄带光电探测器(h＝500μm)在不同波长、等强度(40mW/cm2)光源照射下的时间响应特性；图4为本专利技术实施例1所得具有不同厚度衬底的无机窄带光电探测器的光谱响应；图5为本专利技术实施例1所得无机窄带光电探测器的半高宽随衬底厚度变化曲线。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利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，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1如图1所示，本实施例受厚度调控的肖特基结无机窄带光电探测器是以无机半导体衬底2作为感光层，在无机半导体衬底2的下表面设置有底电极1、上表面设置有顶电极3；底电极1与无机半导体衬底2呈欧姆接触，在底电极1上开设有透光孔1A；顶电极3与无机半导体衬底2形成肖特基接触。具体的，本实施例采用n型轻掺杂Si片(电阻率1～10Ω·cm，尺寸1cm×1cm)作为衬底材料，制备无机窄带光电探测器，步骤如下：1、将厚度h约为500μm的n型轻掺杂Si片依次使用丙酮、酒精、去离子水超声清洗15min，然后使用氮气吹干备用；2、将清洗后的n型轻掺杂Si片放入装有刻蚀液(由5g去离子水和5gKOH混合而成)的烧杯中，在90℃加热条件下进行刻蚀，通过调整刻蚀的时间，分别获得厚度约为80μm、300μm的硅衬底。刻蚀完用去离子水浸泡1h，再依次使用丙酮、酒精、去离子水超声清洗15min，然后使用氮气吹干备用。3、将厚度为80μm、300μm、500μm的n型轻掺杂Si片放入到电子束沉积腔室中，将50nm金薄膜均匀地沉积在衬底的上表面作为顶电极，蒸镀面积为0.5cm×0.8cm。4、将与衬底面积相当的铜箔贴在一面积稍大的PCB板(器件尺寸较小，设置PCB板的目的是方便引线和测试)上，然后在铜箔和PCB板上挖一直径为0.4cm的通孔作为透光孔；将n型轻掺杂Si片的下表面通过作为底电极的铟镓合金粘在铜箔上，即完成制作。测试时，分别从铜箔和金电极上引出电极，入射光从PCB板一侧的透光孔处照射。图2为本实施例所得无机窄带光电探测器(h＝500μm)在黑暗条件下的整流特性曲线，从图中可以看出无机衬底材料硅与金之间具有明显的肖特基接触。图3为本实施例所得无机窄带光电探测器(h＝500μm)在不同波长、等强度(40mW/cm2)光源照射下的时间响应特性，从图中可以看出本实施例的探测器在不同波长、等强度的光源照射下所产生的光电流大小不同。图4为本实施例所得具有不同厚度衬底的无机窄带光电探测器的光谱响应，从图中可以看出通过调整衬底厚度，可以改变无机窄带光电探测器的光谱响应范围以及半高宽。图5为本实施例所得无机窄带光电探测器的半高宽随衬底厚度变化曲线，从图中可以看出随着衬底厚度的增加，此无机窄带光电探测器的半高宽呈现下降的趋势。实施例2如图1所示，本实施例受厚度调控的肖特基结无机窄带光电探测器是以无机半导体衬底2作为感光层，在无机半导体衬底2的下表面设置有底电极1、上表面设置有顶电极3；底电极1与无机半导体衬底2呈欧姆接触，在底电极1上开设有透光孔1A；顶电极3与无机半导体衬底2形成肖特基接触。具体的，本实施例采用GaAs衬底(电阻率0.8×10-3～9×10-3Ω·cm，尺寸1cm×1cm)作为衬底材料，制备无机窄带光电探测器，步骤如下：1、将厚度h约为350μm的GaAs衬底依次使用丙酮、酒精、去离子水超声清洗15min，然后使用氮气吹干备用；2、将清洗后的GaAs衬底放入装有刻蚀液(由H本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种受厚度调控的肖特基结无机窄带光电探测器，其特征在于：所述无机窄带光电探测器是以无机半导体衬底(2)作为感光层，在所述无机半导体衬底(2)的下表面设置有底电极(1)、上表面设置有顶电极(3)；所述底电极(1)与所述无机半导体衬底(2)呈欧姆接触，在所述底电极(1)上开设有透光孔(1A)；所述顶电极(3)与所述无机半导体衬底(2)形成肖特基接触。/n

【技术特征摘要】
1.一种受厚度调控的肖特基结无机窄带光电探测器，其特征在于：所述无机窄带光电探测器是以无机半导体衬底(2)作为感光层，在所述无机半导体衬底(2)的下表面设置有底电极(1)、上表面设置有顶电极(3)；所述底电极(1)与所述无机半导体衬底(2)呈欧姆接触，在所述底电极(1)上开设有透光孔(1A)；所述顶电极(3)与所述无机半导体衬底(2)形成肖特基接触。


2.根据权利要求1所述的无机窄带光电探测器，其特征在于：所述无机窄带光电探测器在进行光电探测时，是以无机半导体衬底的下表面作为迎光面，通过调控所述无机半导体衬底的厚...

【专利技术属性】
技术研发人员：王莉，左焕涣，李明，罗和昊，谢超，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34