一种深紫外多波长MSM窄带光电探测器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高外量子效率的深紫外多波长MSM窄带光电探测器及其制备方法。所述的光电探测器包括衬底、缓冲层、至少两组超短周期超晶格层、金属叉指电极，每组超短周期超晶格层的分子层数不同；超短周期超晶格层的上表面沉积金属纳米颗粒阵列；不同的超短周期超晶格层对应沉积不同尺寸、形状及周期的金属纳米颗粒阵列；金属叉指电极设置在超短周期超晶格层上表面，形成肖特基接触。本发明专利技术通过将多组不同尺寸、形状及周期的金属纳米颗粒阵列设置在超短周期超晶格层上，能够针对超短周期超晶格层的特定窄带光吸收进行有效地局域表面等离激元增强，进一步提高对深紫外光的吸收效率，最终改善多波长MSM窄带探测器的响应度和外量子效率。

【技术实现步骤摘要】
一种深紫外多波长MSM窄带光电探测器及其制备方法
本专利技术涉及半导体光电子器件
，更具体地说，涉及一种高外量子效率的深紫外多波长MSM窄带光电探测器，以及一种高外量子效率的深紫外多波长MSM窄带光电探测器的制备方法。
技术介绍
随着紫外探测技术在军事、医疗、环境等领域的广泛应用，半导体深紫外光电探测器逐渐向着微型化、集成化、多样化的方向发展，因此对深紫外探测材料质量、器件结构及性能指标等提出了更高的要求。为了获取更丰富、更精确的探测信息，窄带宽、多波长集成的光电探测器制备已是发展所趋。现有技术中，中国专利技术专利申请201820553183.3提出了一种应力调控紫外多波长MSM光电探测器，利用外延于同一衬底上的两组或多组完全应变超短周期超晶格结构完成紫外双波长甚至多波长的窄带宽探测。然而，上述专利技术所述的探测器响应度和外量子效率仍不够高，特别是对于距离表面较远的超短周期超晶格而言，光吸收效率低下，导致光生载流子很难被金属电极所收集。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高外量子效率的深紫外多波长MSM窄带光电探测器及其制备方法，通过有效利用局域表面等离激元效应实现针对不同探测波长的光吸收增强，其中特定吸收波长对应于特定尺寸的金属纳米颗粒阵列，最终提高窄带宽、多波长深紫外MSM光电探测器的响应度和外量子效率。本专利技术的技术方案如下：一种高外量子效率的深紫外多波长MSM窄带光电探测器，从下至上依次包括衬底、缓冲层、至少两组超短周期超晶格层、金属叉指电极，每组超短周期超晶格层的分子层数不同；超短周期超晶格层的上表面沉积金属纳米颗粒阵列；不同的超短周期超晶格层对应沉积不同尺寸、形状及周期的金属纳米颗粒阵列；金属叉指电极设置在超短周期超晶格层上表面，形成肖特基接触。作为优选，超短周期超晶格层依次叠加生长于衬底上，从下至上的超短周期超晶格层，对应吸收光子能量从低至高。作为优选，当在上的超短周期超晶格层完全覆盖在下的超短周期超晶格层时，金属纳米颗粒阵列沉积于最上层的超短周期超晶格层的上表面，金属纳米颗粒阵列包括多种不同的金属纳米颗粒，多种金属纳米颗粒错落设置；最上层的超短周期超晶格层的上表面设置金属叉指电极，金属叉指电极为所有超短周期超晶格层的共用电极；当在上的超短周期超晶格层不完全覆盖在下的超短周期超晶格层时，不同金属纳米颗粒组成的金属纳米颗粒阵列分别沉积于对应的超短周期超晶格层形成裸露的上表面，超短周期超晶格层形成裸露的上表面对应设置有金属叉指电极。作为优选，当最上层的超短周期超晶格层的上表面设置金属叉指电极，最上层的超短周期超晶格层的生长周期为20～50个；当金属叉指电极分别设置于超短周期超晶格层形成裸露的上表面，最上层的短周期超晶格层的生长周期为20～200个。作为优选，金属纳米颗粒阵列的金属纳米颗粒为铑颗粒或铝颗粒中的任意一种或两种组合。作为优选，金属纳米颗粒阵列的金属纳米颗粒的形状为球形、三角形或多边形中的任意一种；金属纳米颗粒阵列的金属纳米颗粒的直径为20nm～200nm；金属纳米颗粒阵列的周期为200nm～450nm。作为优选，金属叉指电极为金、铬/金、镍/金或钛/金组合中的任意一种。作为优选，衬底为同质衬底或异质衬底。一种高外量子效率的深紫外多波长MSM窄带光电探测器的制备方法，包括如下步骤：1)在衬底上生长缓冲层；2)在缓冲层生长至少两层超短周期超晶格层；3)在超短周期超晶格层的上表面沉积金属纳米颗粒阵列：4)在超短周期超晶格层的上表面制备金属叉指电极，金属叉指电极与超短周期层形成肖特基接触。作为优选，当最上层的超短周期超晶格层的上表面设置金属叉指电极，步骤3)中，在最上层的超短周期超晶格层的上表面沉积金属纳米颗粒阵列，具体如下：3.1)使用有机丙酮溶剂、乙醇和高纯度去离子水依次超声清洗，并用氮气吹干最上层的超短周期超晶格层的上表面；3.2)利用自组装模板在最上层的超短周期超晶格层的上表面形成有序图案；3.3)采用高真空热蒸发技术沉积金属铝薄膜；3.4)采用机械剥离、热蒸发或者溶液溶解法去除自组装模板，留下有序排列的金属纳米颗粒，得到第一种金属纳米颗粒阵列；3.5)重复上述步骤3.2)至步骤3.4)，形成第二种金属纳米颗粒阵列，与第一种金属纳米颗粒阵列交错分布，直至得到所有金属纳米颗粒阵列；或者，当金属叉指电极分别设置于超短周期超晶格层形成裸露的上表面，步骤3)中，在超短周期超晶格层形成裸露的上表面沉积金属纳米颗粒阵列，具体如下：3.1)使用有机丙酮溶剂、乙醇和高纯度去离子水依次超声清洗，并用氮气吹干超短周期超晶格层的上表面；3.2)利用电感耦合等离子体技术刻蚀最上层的超短周期超晶格层，露出其下一层的超短周期超晶格层的上表面；3.3)将不同金属纳米颗粒组成的金属纳米颗粒阵列分别沉积于对应的超短周期超晶格层形成裸露的上表面。本专利技术的有益效果如下：本专利技术所述的高外量子效率的深紫外多波长MSM窄带光电探测器，通过将多组不同尺寸、形状及周期的金属纳米颗粒阵列设置在超短周期超晶格层上，能够针对超短周期超晶格层的特定窄带光吸收进行有效地局域表面等离激元增强，进一步提高对深紫外光的吸收效率，最终改善多波长MSM窄带探测器的响应度和外量子效率。附图说明图1是本专利技术的剖视图；图2是实施例一的结构示意图；图3是实施例二的结构示意图；图中：1是第一超短周期超晶格层，2是第二超短周期超晶格层，3是缓冲层，4是衬底，5是金属纳米颗粒阵列，6是金属叉指电极。具体实施方式以下结合附图及实施例对本专利技术进行进一步的详细说明。实施例一本专利技术所述的高外量子效率的深紫外多波长MSM窄带光电探测器，如图1、图2所示，从下至上依次包括衬底4、缓冲层3、至少两组超短周期超晶格层、金属叉指电极6，每组超短周期超晶格层的分子层数不同；超短周期超晶格层的上表面沉积金属纳米颗粒阵列5；其中，金属纳米颗粒阵列5的金属纳米颗粒的尺寸、形状及周期可根据实施需求进行调控。不同的超短周期超晶格层对应沉积不同尺寸、形状及周期的金属纳米颗粒阵列5；金属叉指电极6设置在超短周期超晶格层上表面，形成肖特基接触。超短周期超晶格层依次叠加生长于衬底4上，从下至上的超短周期超晶格层，对应吸收光子能量从低至高；即将吸收波长较短的超短周期超晶格层外延在吸收波长较长的超短周期超晶格层上方，进而，在下的超短周期超晶格层的吸收波长长于在上的超短周期超晶格层的吸收波长，以使从上方入射的深紫外光优先被上方的超短周期超晶格层选择性吸收，其余光子穿透至在下的超短周期超晶格层表面附近被吸收，从而获得多波长集成的窄带探测，实现针对多个深紫外光信号的窄带宽探测。本实施例中，在上的超短周期超晶格层完全覆盖在下的超短周期超晶格层，金属纳米颗粒阵列5沉积于最上层的超短周期超晶格层的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高外量子效率的深紫外多波长MSM窄带光电探测器，其特征在于，从下至上依次包括衬底、缓冲层、至少两组超短周期超晶格层、金属叉指电极，每组超短周期超晶格层的分子层数不同；超短周期超晶格层的上表面沉积金属纳米颗粒阵列；不同的超短周期超晶格层对应沉积不同尺寸、形状及周期的金属纳米颗粒阵列；金属叉指电极设置在超短周期超晶格层上表面，形成肖特基接触。/n

【技术特征摘要】
1.一种高外量子效率的深紫外多波长MSM窄带光电探测器，其特征在于，从下至上依次包括衬底、缓冲层、至少两组超短周期超晶格层、金属叉指电极，每组超短周期超晶格层的分子层数不同；超短周期超晶格层的上表面沉积金属纳米颗粒阵列；不同的超短周期超晶格层对应沉积不同尺寸、形状及周期的金属纳米颗粒阵列；金属叉指电极设置在超短周期超晶格层上表面，形成肖特基接触。


2.根据权利要求1所述的高外量子效率的深紫外多波长MSM窄带光电探测器，其特征在于，超短周期超晶格层依次叠加生长于衬底上，从下至上的超短周期超晶格层，对应吸收光子能量从低至高。


3.根据权利要求1所述的高外量子效率的深紫外多波长MSM窄带光电探测器，其特征在于，当在上的超短周期超晶格层完全覆盖在下的超短周期超晶格层时，金属纳米颗粒阵列沉积于最上层的超短周期超晶格层的上表面，金属纳米颗粒阵列包括多种不同的金属纳米颗粒，多种金属纳米颗粒错落设置；最上层的超短周期超晶格层的上表面设置金属叉指电极，金属叉指电极为所有超短周期超晶格层的共用电极；
当在上的超短周期超晶格层不完全覆盖在下的超短周期超晶格层时，不同金属纳米颗粒组成的金属纳米颗粒阵列分别沉积于对应的超短周期超晶格层形成裸露的上表面，超短周期超晶格层形成裸露的上表面对应设置有金属叉指电极。


4.根据权利要求3所述的高外量子效率的深紫外多波长MSM窄带光电探测器，其特征在于，当最上层的超短周期超晶格层的上表面设置金属叉指电极，最上层的超短周期超晶格层的生长周期为20～50个；
当金属叉指电极分别设置于超短周期超晶格层形成裸露的上表面，最上层的短周期超晶格层的生长周期为20～200个。


5.根据权利要求1至3任一项所述的高外量子效率的深紫外多波长MSM窄带光电探测器，其特征在于，金属纳米颗粒阵列的金属纳米颗粒为铑颗粒或铝颗粒中的任意一种或两种组合。


6.根据权利要求1至3任一项所述的高外量子效率的深紫外多波长MSM窄带光电探测器，其特征在于，金属纳米颗粒阵列的金属纳米颗粒的形状为球形、三角形或多边形中的任意一种；金属纳米颗粒阵列的金属纳米颗粒的直径为20nm～200nm；金属纳米颗粒阵列的周期为20...

【专利技术属性】
技术研发人员：高娜，陈俊鑫，黄长峰，朱啟芬，黄凯，康俊勇，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建;35