一种高性能位置灵敏探测器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高性能位置灵敏探测器及其制备方法，其选用单层p型石墨烯与n型半导体层结合，在p型石墨烯与n型半导体层之间插入依次并列排布第一绝缘层、修复层和第二绝缘层，绝缘层阻隔N型半导体层与单层石墨烯的接触，修复层修复了石墨烯层与n型半导体层之间的缺陷，第一电极和第二电极分别布置于绝缘层上的石墨烯表面，形成的位置灵敏探测器具有自驱动性能，其光灵敏面积最大可达8mm

【技术实现步骤摘要】
一种高性能位置灵敏探测器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及光电信息
，尤其涉及一种高性能位置灵敏探测器及其制备方法。

技术介绍

[0002]位置灵敏探测器是光电信息
中的一个重要组成部分，是利用横向光电效应，将光信号转化为电信号，并进一步转化为位置信息。位置灵敏探测器可以精准的进行光学测量位置、距离、位移、角度等其他相关信息，在国防以及生活中具有重要的地位。目前的位置灵敏探测器主要还是Si基的P
‑
N或者P
‑
I
‑
N结构。然而，Si基位置灵敏探测器一般存在相对低的光响应度，较差的弱光探测能力。并且为了获得更高的灵敏度，一般需要外加电压。更重要的是，目前的Si基位置灵敏探测器普遍工作在可见光区域，没有紫外光区域的。上述存在的问题严重的阻碍了位置灵敏探测器的应用。
[0003]另外，石墨烯由于其超高的载流子迁移率、零的禁带宽度、可调功函数、超快载流子动态特性、以及表面零悬挂键，使得其与其他材料之间具有较好的兼容性和适配性，其用于器件中通常能够提升器件的性能，因此，为了获得性能更好，更优异的位置灵敏探测器，如何进一步的提升位置灵敏探测器的光响应度、位置灵敏度，以及紫外区间差的工作效率等性能是亟待解决的问题之一。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术的首要目的是提供一种高性能位置灵敏探测器，其通过在N型半导体层和单层P型石墨烯层之间依次并列排布第一绝缘层、修复层和第二绝缘层，修复层的厚度小于绝缘层的厚度，单层P型石墨烯层布置于绝缘层和修复层上，石墨烯层与n型半导体层之间形成肖特基结，绝缘层阻隔N型半导体层与单层石墨烯的接触，修复层修复了石墨烯层与n型半导体层之间的缺陷，第一电极和第二电极分别布置于绝缘层上的石墨烯表面，电子与空穴在第一电极和第二电极处被收集，形成的位置灵敏探测器具有自驱动性能，其光灵敏面积最大可达8mm
×
8mm，并且位置灵敏性好，响应度高，具有杰出的线性关系和弱光探测能力，不需要外加电源工作，对紫外光具有很好选择性。
[0005]另一方面本专利技术还提供了该位置灵敏探测器的制备方法，该方法选用预定图案的掩膜层制备工艺结合ALD沉积精准获得了高质量的修复层区域，使得该位置灵敏探测器的光灵敏面积最大可达8mm
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8mm，获得了大尺寸的光灵敏面积，提升了器件的整体性能，且制备工艺简单。
[0006]本专利技术至少采用如下技术方案：
[0007]一种高性能位置灵敏探测器，包括N型半导体层，并排布置于所述N型半导体层上的第一绝缘层、第二绝缘层和修复层，其中所述修复层位于第一绝缘层和第二绝缘层之间，所述修复层的厚度小于所述绝缘层的厚度；单层P型石墨烯层，布置于所述第一绝缘层、第二绝缘层和修复层上；第一电极和第二电极，分别布置于第一绝缘层上的石墨烯和第二绝
缘层上的石墨烯表面；其中，所述石墨烯层与所述n型半导体层之间形成肖特基结。
[0008]进一步地，所述修复层选用三氧化二铝、氮化铝、氮化硼或二氧化钛；
[0009]进一步地，所述修复层选用三氧化二铝。
[0010]进一步地，所述绝缘层选用三氧化二铝、氮化铝、氮化硼、二氧化钛中的至少一种；
[0011]进一步地，所述绝缘层选用三氧化二铝。
[0012]进一步地，所述修复层的厚度选用0.5至1nm。
[0013]进一步地，所述绝缘层的厚度选用25至35nm。
[0014]进一步地，所述N型半导体层选用氮化镓或氧化锌。
[0015]进一步地，所述所述绝缘层和所述修复层选用同种材料。
[0016]进一步地，所述位置灵敏探测器的光敏面积为8mm
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8mm以下。
[0017]本专利技术还提供一种高性能位置灵敏探测器的制备方法，包括以下步骤：
[0018]在衬底上生长N型半导体层；
[0019]在所述N型半导体层上形成预定图案的掩膜层，接着沉积第一厚度的绝缘层，随后去除掩膜层，选用ALD沉积第二厚度的修复层，形成依次并列排布于所述N型半导体层上的第一绝缘层、修复层以及第二绝缘层，所述第一绝缘层和第二绝缘层的厚度均大于修复层的厚度；
[0020]转移单层P型石墨烯至第一绝缘层、修复层和第二绝缘层上；
[0021]分别在所述第一绝缘层和第二绝缘层上方的石墨烯层上形成第一电极和第二电极；
[0022]其中，所述石墨烯层与所述n型半导体层之间形成肖特基结。
[0023]进一步地，选用湿法转移工艺将P型石墨烯转移至第一绝缘层、修复层和第二绝缘层上。
附图说明
[0024]图1是本专利技术一实施例的高性能位置灵敏探测器的结构示意图。
[0025]图2是本专利技术一实施例制备流程中生长了GaN层的结构示意图。
[0026]图3是本专利技术一实施例制备流程中溅射了第一预定厚度Al2O3层的结构示意图。
[0027]图4是本专利技术一实施例制备流程中沉积了第二预定厚度Al2O3层的结构示意图。
[0028]图5是本专利技术一实施例制备流程中转移了单层石墨烯的结构示意图。
[0029]图6是本专利技术一实施例的位置灵敏探测器的截面示意图。
[0030]图7是本专利技术一实施例的位置灵敏探测器在0V、325nm光照射下的I
‑
P图。
[0031]图8是本专利技术一实施例的位置灵敏探测器在0V、325nm光照射下的线性相关图。
具体实施方式
[0032]接下来将结合本专利技术的附图对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，均属于本专利技术保护的范围。下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从公开商业途径获得。
[0033]本说明书中使用例如“之下”、“下方”、“下”、“之上”、“上方”、“上”等空间相对性术语，以解释一个元件相对于第二元件的定位。除了与图中所示那些不同的取向以外，这些术语意在涵盖器件的不同取向。
[0034]另外，使用诸如“第一”、“第二”等术语描述各个元件、层、区域、区段等，并非意在进行限制。使用的“具有”、“含有”、“包含”、“包括”等是开放式术语，表示存在所陈述的元件或特征，但不排除额外的元件或特征。除非上下文明确做出不同表述。
[0035]本专利技术的一实施例提供一种高性能位置灵敏探测器，如图1示，包括衬底10、n型半导体层20、第一和第二绝缘层30、修复层40、单层p型石墨烯层50、第一电极和第二电极60。衬底10优选蓝宝石衬底，蓝宝石衬底的选用有利于优质氮化镓薄膜的生长。
[0036]n型半导体层20外延生长于衬底10上，n型半导体层20选用氮化镓或氧化锌，其厚度优选4～5微米。在一优选实施例中，n型半本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能位置灵敏探测器，其特征在于，包括N型半导体层，并排布置于所述N型半导体层上的第一绝缘层、第二绝缘层和修复层，其中所述修复层位于第一绝缘层和第二绝缘层之间，所述修复层的厚度小于所述绝缘层的厚度；单层P型石墨烯层，布置于所述第一绝缘层、第二绝缘层和修复层上；第一电极和第二电极，分别布置于第一绝缘层上的石墨烯和第二绝缘层上的石墨烯表面；其中，所述石墨烯层与所述n型半导体层之间形成肖特基结。2.根据权利要求1的所述位置灵敏探测器，其特征在于，所述修复层选用三氧化二铝、氮化铝、氮化硼或二氧化钛；优选地，所述修复层选用三氧化二铝。3.根据权利要求1或2的所述位置灵敏探测器，其特征在于，所述绝缘层选用三氧化二铝、氮化铝、氮化硼、二氧化钛中的至少一种；优选地，所述绝缘层选用三氧化二铝。4.根据权利要求3的所述位置灵敏探测器，其特征在于，所述修复层的厚度选用0.5至1nm。5.根据权利要求3的所述位置灵敏探测器，其特征在于，所述绝缘层的厚度选用25至35nm。6.根据权利要求1或2的所述位置灵敏探测器，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：高芳亮，刘青，李述体，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：