肖特基势垒型红外光电探测器制造技术

本发明专利技术提供了一种用于探测波长为700nm以上的红外辐射的红外光探测装置，包括：由具有带隙的非金属材料构成的载流子传输构件；位于载流子传输构件一侧并与载流子传输构件电接触的吸收体，吸收体是金属材料，其中当红外辐射被吸收时在吸收体中激发电子

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】肖特基势垒型红外光电探测器


[0001]本专利技术涉及一种用于探测红外辐射的红外光电探测装置，以及一种制造这种装置的方法。

技术介绍

[0002]光电探测是使用装置来探测入射到装置上的电磁辐射，通常是通过测量光子被吸收时通过装置产生的电流。通过吸收光子产生的电流称为光电流。本专利技术旨在改进红外辐射的光电探测。
[0003]金属和半导体紧密接触的金属/半导体结通常会形成肖特基势垒。肖特基势垒具有整流特性，因此可以用作二极管。这是一种非欧姆电接触形式，其中在施加正向偏压或反向偏压时电阻不同。这与会在紧密接触的两种金属之间形成的欧姆接触不同，欧姆接触在正向或反向偏压下电阻没有差异。
[0004]从所谓的热载流子肖特基势垒结中的光吸收中提取高能载流子是一个活跃的研究领域，因为它可以收集半导体光电探测器通常无法探测到的低光子能量。以硅光电探测器(带隙能量为1.1eV)为例，肖特基势垒装置(pSi/nSi)的开发可以产生适用于具有电信波长(1100
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1600nm)的光子的商用锗和砷化镓(GaAs)光电探测器的高度集成的CMOS兼容且廉价的替代方案。
[0005]以前的装置利用p型和n型半导体之间的标准p
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n结，以在光照下实现电荷分离，从而实现可探测的光电流。其他装置已经利用金属或金属氧化物吸收体层，其中金属氧化物对于高能量(即UV)光子吸收特别感兴趣。
[0006]Yu和Wang，Sensors 2010，10，10155
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10180公开了通过紫外光进行横向光电流激发，其中紫外光被Si衬底吸收。在该装置中，电子/空穴对由硅衬底中的紫外光产生。在Si衬底上方提供1.2nm厚的没有陷阱态的TiO2层。6.2nm厚的Ti层被提供在TiO2上方用作电极，并且对于通过红外光产生大量电子/空穴对来说太薄了。该装置是一种横向光电压测量(LPV)装置，旨在测量紫外光的入射位置。
[0007]Rahman等人，American International Journal of Research in Science Technology，Engineering&Mathematics(美国国际科学技术、工程与数学研究杂志)，4(1)，2013，pp.07
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14公开了一种以SiO2‑
TiO2混合物作为金属
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氧化物夹层的金属/金属氧化物/半导体结构。
[0008]当前的红外光电探测器使用pSi/Au型结构。需要高强度的入射辐射才能将载流子从产生电子
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空穴对的Au注入pSi。
[0009]本专利技术旨在在吸收红外辐射时提高装置的光响应度，从而在较低强度的入射辐射下产生可探测的光电流。

技术实现思路

[0010]本专利技术提供了一种用于探测波长为700nm以上的红外辐射的红外光探测装置，包
括：由具有带隙的非金属材料构成的载流子传输构件；位于载流子传输构件一侧并与载流子传输构件电接触的吸收体，吸收体是金属材料，其中当红外辐射被吸收时在吸收体中激发电子
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空穴对；以及位于载流子传输构件另一侧并与载流子传输构件电接触的半导体；并且其中载流子传输构件包含陷阱态，使得由红外辐射在吸收体中激发的多数载流子经由陷阱态传导通过载流子传输构件以被半导体收集。
[0011]在本专利技术中，已经证明使用载流子传输构件显著增加了红外区域中的光电探测。以前没有使用过有助于载流子传输穿过金属
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半导体结的载流子传输构件，专利技术人首次发现了包含这种构件的装置的光响应度增加。
[0012]在一个实施例中，半导体和吸收体之间的载流子传输构件的厚度为50nm以下，优选地30nm以下，更优选地20nm以下，甚至更优选地10nm以下，最优选地5nm以下。这是有利的，因为减小载流子传输构件的厚度增加了装置的光响应度，因为载流子经由陷阱态传导通过载流子传输构件的机会随着吸收体和半导体之间载流子传输构件的厚度减小而增加。
[0013]在一个实施例中，耗尽区存在于载流子传输构件中，与半导体相邻。这是有利的，因为耗尽区中不存在自由载流子降低了多数载流子(空穴或电子)在穿过载流子传输层时与少数载流子(电子或空穴)复合的可能性。
[0014]在一个实施例中，半导体和吸收体之间的载流子传输构件的厚度不超过载流子传输构件中耗尽区厚度的5倍，优选地不超过载流子传输中耗尽区厚度的2倍，更优选地不超过载流子传输构件中耗尽区厚度的1.5倍。这是有利的，因为如示例所证明的，减小载流子传输构件的厚度会增加装置的光响应度。申请人不希望坚持这种行为的理论解释是，在耗尽区之外，多数载流子在穿过载流子传输层时发生复合的可能性增加。
[0015]在一个实施例中，载流子传输构件的带隙等于或大于半导体的带隙。这是有利的，因为它防止红外光被载流子传输构件吸收。
[0016]在一个实施例中，载流子传输构件是无定形材料。这是有利的，因为非晶结构比晶体结构包含更多的结构缺陷，因此可以形成更多能够促进载流子传输的陷阱态。
[0017]在一个实施例中，载流子传输构件是被溅射的。这是有利的，因为溅射结构包含结构缺陷并促进氧空位的形成，因此能够在载流子传输构件中形成能够促进载流子传输的陷阱态。
[0018]在一个实施例中，载流子传输构件是金属氧化物材料。这是有利的，因为金属氧化物通常具有良好的结构和热性能，并且通常具有较宽的带隙。
[0019]在一个实施例中，金属氧化物材料是TiO2，优选地TiO2‑
x
。TiO2‑
x
在本说明书的示例中已被证明是用于载流子传输构件的有效材料。
[0020]在一个实施例中，载流子传输构件具有0.1％以上、优选地5％以上、更优选地10％以上、更优选地15％以上、最优选地20％以上的氧的亚化学计量。这是有利的，因为已知在晶体缺陷位点形成陷阱态，因此晶体缺陷(即氧空位)的增加允许形成更多能够促进载流子传输的陷阱态。
[0021]在一个实施例中，红外辐射的波长为1100nm以上，优选地1150nm以上，更优选地1200nm以上。这是有利的，因为电信应用通常使用波长为1100nm以上的红外辐射。
[0022]在一个实施例中，红外辐射的波长为1mm以下，优选地15μm以下，更优选地8μm以下，更优选地3μm以下，更优选地1600nm以下，更优选地1400nm以下，最优选地1350nm以下。
这是有利的，因为较短波长的红外线通常用于电信应用，这是本专利技术特别感兴趣的使用领域。
[0023]在一个实施例中，吸收体被布置成具有两个彼此平行并在二维方向上延伸的主表面，两个主表面之一与载流子传输构件接触，两个主表面中的另一个布置成用于吸收红外辐射。这是有利的，因为这种配置允许有效吸收入射红外辐射。
[0024]在一个实施例中，吸收体是金属材料，优选地选自以下列表中的一种或多种：Au本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于探测波长为700nm以上的红外辐射的红外光电探测装置，包括：由具有带隙的非金属材料构成的载流子传输构件；位于所述载流子传输构件一侧的吸收体，所述吸收体为金属材料，其中当红外辐射被吸收时在所述吸收体中激发电子
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空穴对；以及位于所述载流子传输构件另一侧的半导体，所述半导体与所述载流子传输构件电接触；并且其中所述载流子传输构件包含陷阱态，使得由红外辐射在所述吸收体中激发的多数载流子经由所述陷阱态传导通过所述载流子传输构件以被所述半导体收集。2.根据权利要求1所述的红外光电探测装置，其中所述半导体与所述吸收体之间的所述载流子传输构件的厚度为50nm以下，优选为30nm以下，更优选为20nm以下，进一步优选为10nm以下，最优选为5nm以下。3.根据权利要求1或2所述的红外光电探测装置，其中耗尽区存在于所述载流子传输构件中，与所述半导体相邻。4.根据权利要求3所述的红外光电探测装置，其中所述半导体和所述吸收体之间的所述载流子传输构件的厚度不超过所述载流子传输构件中所述耗尽区厚度的5倍，优选不超过所述载流子传输构件中所述耗尽区厚度的2倍，更优选不超过所述载流子传输构件中所述耗尽区厚度的1.5倍。5.根据权利要求1至4中任一项所述的红外光电探测装置，其中，所述载流子传输构件的带隙等于或大于所述半导体的带隙。6.根据权利要求1至5中任一项所述的红外光电探测装置，其中所述载流子传输构件是非晶材料。7.根据权利要求1至6中任一项所述的红外光电探测装置，其中，所述载流子传输构件是被溅射的。8.根据权利要求1至7中任一项所述的红外光电探测装置，其中所述载流子传输构件是金属氧化物材料。9.根据权利要求8所述的红外光电探测装置，其中所述金属氧化物材料为TiO2‑
x
。10.根据权利要求1或9中任一项所述的红外光电探测装置，其中所述载流子传输构件具有5％以上、优选10％以上、更优选15％以上且最优选20％以上的氧的亚化学计量比。11.根据权利要求1至10中任一项所述的红外光电探测装置，其中所述红外辐射的波长为1100nm以上，优选为1150nm以上，更优选为1200nm以上。12.根据权利要求1至11中任一项所述的红外光电探测装置，其中所述红外辐射的波长为1mm以下，优选为15μm以下，更优选为8μm以下，更优选为3μm以下，更优选为1600nm以下，更优选为1400nm以下，最优选为1350nm以下。13.根据权利要求1至12中任一项所述的红外光电探测装置，其中所述吸收体被布置为具有彼此平行且在二维方向上延伸的两个主表面，所述两个主表面之一与所述载流子传输构件接触，所述两个...

【专利技术属性】
技术研发人员：尼古拉斯，
申请(专利权)人：帝国理工学院创新有限公司，
类型：发明
国别省市：