一种具有超构表面的等离激元增强4H-SiCMSM紫外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具有超构表面的等离激元增强4H

【技术实现步骤摘要】
一种具有超构表面的等离激元增强4H
‑
SiC MSM紫外光电探测器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体探测器件
，具体来说，涉及一种具有超构表面的等离激元增强4H
‑
SiC MSM紫外光电探测器及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着半导体
的迅速发展，半导体紫外光电探测器应运而生。4H
‑
SiC属于宽带隙半导体材料，具有禁带宽带大、临界击穿电场较高、热导率高、电子饱和漂移速度较高、抗辐射能力强等优异特性。4H
‑
SiC已经成为制备紫外光电探测器的优选半导体材料，主要原因是，（1）4H
‑
SiC的衬底和同质外延生长质量高，目前已经实现8英寸衬底和外延的量产，各种缺陷密度显著降低，使得SiC探测器的光生载流子寿命相对较长。（2）SiC是间接带隙半导体，其吸收系数较小，表面吸收较少，光生载流子的产生与分离效率较高。（3）SiC材料可以在其Si面直接高温热氧化生长高质量的SiOx层，能够有效钝化表面的悬挂键，从而降低漏电流。（4）SiC光电探测器的制备工艺也较成熟，与硅工艺兼容性较好，有望制备更大光敏面积的探测器、器件的产出率更高，也更有利于商业化生产。
[0003]因此，以4H
‑
SiC材料制备的紫外光电探测器将具有低暗电流、高响应速度、高探测灵敏度、高稳定性等优点。
[0004]但是，随着许多新兴产业的兴起，要求器件性能越来越高，传统的MSM紫外探测器响应度较低，要提高探测器的响应度，可以采用表面结构化的方法，如表面等离激元共振增强等。所以，具有超构表面的等离激元增强4H
‑
SiC MSM光电探测器对于提高4H
‑
SiC紫外光电探测器的性能拥有非常重要的意义。

技术实现思路

[0005]针对相关技术中的上述技术问题，本专利技术提出一种具有超构表面的等离激元增强4H
‑
SiC MSM紫外光电探测器及其制备方法，能够克服现有技术的上述不足。
[0006]为实现上述技术目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种具有超构表面的等离激元增强4H
‑
SiC MSM紫外光电探测器，包括4H
‑
SiC衬底层，所述4H
‑
SiC衬底层上设有N型缓冲层，所述N型缓冲层上设有轻掺杂的N
‑
外延层，所述轻掺杂的N
‑
外延层上设有超构表面结构和石墨烯透明电极，所述石墨烯透明电极为叉指电极，所述超构表面结构位于所述石墨烯透明电极的间隙中，所述超构表面结构的顶部设有Al纳米结构。
[0007]进一步地，所述超构表面结构为倾斜台面的光栅结构、纳米孔结构或纳米柱结构。
[0008]进一步地，所述光栅结构的台面宽度为50nm
‑
500nm，所述光栅结构之间的间距为100nm
‑
1000nm。
[0009]进一步地，所述Al纳米结构为圆盘形、三角柱形或球形。
[0010]进一步地，所述超构表面结构和Al纳米结构位于所述石墨烯透明电极的间隙中
间。
[0011]根据本专利技术的另一方面，提供了一种具有超构表面的等离激元增强4H
‑
SiC MSM紫外光电探测器的制备方法，该方法包括以下步骤：S1 在4H
‑
SiC衬底层上依次采用化学气相沉积法外延同质生长N型缓冲层和N
‑
外延层，然后进行RCA标准清洗；S2 通过光刻和ICP刻蚀技术刻蚀出超构表面结构；S3 通过热氧化方法在器件表面生长二氧化硅钝化层；S4 利用光刻技术将叉指电极位置的二氧化硅腐蚀掉，转移石墨烯材料形成石墨烯透明电极；S5 在超构表面结构上利用电子束蒸发Al金属膜，之后采用热退火工艺形成Al纳米结构。
[0012]进一步地，所述N型缓冲层掺杂浓度为1
×
10
18 cm
‑3ꢀ‑ꢀ2×
10
20 cm
‑3，厚度为0.5μm
‑
2μm。
[0013]进一步地，所述N
‑
外延层掺杂浓度为1
×
10
15 cm
‑3ꢀ‑ꢀ1×
10
17 cm
‑3，厚度为2μm
‑
20μm。
[0014]进一步地，所述Al金属膜的沉积厚度为5nm
‑
50nm。
[0015]进一步地，所述二氧化硅钝化层的厚度为10
‑
100nm。
[0016]本专利技术的有益效果：通过光刻和ICP刻蚀的方式形成倾斜台面的超构表面，在表面热氧化二氧化硅钝化层，起到减少入射光反射的效果，使更多的紫外光能够被器件吸收。当石墨烯转移至表面后，一部分形成叉指电极，增强对紫外光的吸收，同时留在倾斜台面侧壁的钝化层，增加器件的光敏面积；最后由于超构表面上Al纳米结构的存在，在入射光作用下引起局域表面等离激元共振增强对紫外光子的吸收，超构表面、石墨烯电极以及等离激元增强的光吸收使得光生电子空穴对的数量提高，从而有效提高器件的响应度和量子效率，提升紫外光电探测器的应用性能。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为本专利技术实施例的具有超构表面的等离激元增强4H
‑
SiC MSM紫外光电探测器的剖面示意图；图2为本专利技术实施例的具有超构表面的等离激元增强4H
‑
SiC MSM紫外光电探测器的俯视图。
具体实施方式
[0019]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的
范围。
[0020]根据本专利技术实施例所述的具有超构表面的等离激元增强4H
‑
SiC MSM紫外光电探测器，包括4H
‑
SiC衬底层1，所述4H
‑
SiC衬底层1上设有N型缓冲层2，所述N型缓冲层2上设有轻掺杂的N
‑
外延层3，所述轻掺杂的N
‑
外延层3上设有超构表面结构4和石墨烯透明电极5，所述石墨烯透明电极5为叉指电极，所述超构表面结构4位于所述石墨烯透明电极5的间隙中，所述超构表面结构4的顶部设有Al纳米结构6，用于提高光敏面积以及对紫外光的透过率。
[0021]其中，所述超构表面结构4为倾斜台面的光栅结构、纳米孔结构或纳米柱结构。所述A本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1. 一种具有超构表面的等离激元增强4H
‑
SiC MSM紫外光电探测器，其特征在于，包括4H
‑
SiC衬底层（1），所述4H
‑
SiC衬底层（1）上设有N型缓冲层（2），所述N型缓冲层（2）上设有轻掺杂的N
‑
外延层（3），所述轻掺杂的N
‑
外延层（3）上设有超构表面结构（4）和石墨烯透明电极（5），所述石墨烯透明电极（5）为叉指电极，所述超构表面结构（4）位于所述石墨烯透明电极（5）的间隙中，所述超构表面结构（4）的顶部设有Al纳米结构（6）。2. 根据权利要求1所述的具有超构表面的等离激元增强4H
‑
SiC MSM紫外光电探测器，其特征在于，所述超构表面结构（4）为倾斜台面的光栅结构、纳米孔结构或纳米柱结构。3. 根据权利要求2所述的具有超构表面的等离激元增强4H
‑
SiC MSM紫外光电探测器，其特征在于，所述光栅结构的台面宽度为50nm
‑
500nm，所述光栅结构之间的间距为100nm
‑
1000nm。4. 根据权利要求1所述的具有超构表面的等离激元增强4H
‑
SiC MSM紫外光电探测器，其特征在于，所述Al纳米结构（6）为圆盘形、三角柱形或球形。5. 根据权利要求1所述的具有超构表面的等离激元增强4H
‑
SiC MSM紫外光电探测器，其特征在于，所述超构表面结构（4）和Al纳米结构（6）位于所述石墨烯透明电极（5）的间隙中间。6. 一种如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明昆，洪荣墩，张峰，吴正云，
申请(专利权)人：厦门大学九江研究院，
类型：发明
国别省市：