一种从可见光到红外的宽波段探测器制造技术

本申请提供了一种从可见光到红外的宽波段探测器，涉及半导体光电探测器技术领域。探测器包括：超晶格材料层；二维拓扑绝缘体材料层设置于超晶格材料层上，第一金属电极和第二金属电极均与二维拓扑绝缘体材料层欧姆连接。其中，超晶格材料层中具有沿超晶格材料层的厚度方向堆叠的多个超晶格单元；每个超晶格单元中均具有一个砷化铟层和一个锑化镓层。本申请的探测器中二维拓扑绝缘体材料层和InAs/GaSb材质的超晶格材料层之间可实现晶格匹配，形成范德华异质结，实现了从可见光到红外的宽波段探测单片集成，解决了传统单一光敏材料的探测器的响应波段受限难题以及宽波段探测器中异质材料的集成难题。质材料的集成难题。质材料的集成难题。

【技术实现步骤摘要】
一种从可见光到红外的宽波段探测器


[0001]本申请涉及半导体光电探测器
，具体而言，涉及一种从可见光到红外的宽波段探测器。

技术介绍

[0002]光电探测器在许多领域均有广泛的用途，近年来得到了巨大的发展。光电探测器的原理是由辐射引起被照射材料电导率发生改变。在可见光或近红外波段的光电探测器主要用于射线测量和探测、工业自动控制、光度计量等；在红外波段的光电探测器主要用于红外热成像、红外遥感等方面。
[0003]但是，目前宽波段探测器的发展面临瓶颈，例如，以硅基为代表的探测器，可实现在可见光区域进行探测，但难以向红外区域扩展；而以锑基为代表的超晶格材料制备的光探测器在红外区域探测方面日益成熟，然而其难以向可见光区域探测扩展。究其原因，主要在于不同材料体系之间的晶格不匹配导致不同光敏材料之间集成困难。

技术实现思路

[0004]本申请的目的在于提供一种从可见光到红外的宽波段探测器，其旨在解决不同光敏探测材料之间晶格失配大、集成困难而导致的光电探测器的响应波段受限的技术问题。
[0005]本申请提供了一种从可见光到红外的宽波段探测器，包括：超晶格材料层、二维拓扑绝缘体材料层、第一金属电极以及第二金属电极。
[0006]二维拓扑绝缘体材料层设置于超晶格材料层上，第一金属电极和第二金属电极均与二维拓扑绝缘体材料层欧姆连接。
[0007]其中，超晶格材料层中具有沿超晶格材料层的厚度方向堆叠的多个超晶格单元；每个超晶格单元中均具有一个砷化铟层和一个锑化镓层。
[0008]上述技术方案中，二维拓扑绝缘体材料层设置于超晶格材料层上，且超晶格材料层中具有沿超晶格材料层的厚度方向堆叠的多个超晶格单元，每个超晶格单元中均具有一个砷化铟(InAs)层和一个锑化镓(GaSb)层。InAs/GaSb材质的超晶格材料层在红外探测方面具有优势；二维拓扑绝缘体材料层在可见光探测方面具有优势，且其作为低维半导体材料层，其层间靠范德华力结合，无悬挂键，有利于范德华异质结的形成；二维拓扑绝缘体材料层和InAs/GaSb材质的超晶格材料层之间可实现晶格匹配，形成范德华异质结(即通过范德华力实现异质集成，通过转移键合形成异质结)，其异质结界面间不存在化学键作用，可达到原子级的平整界面，避免了不同光敏探测材料之间易存在的晶格失配、热失配以及应力失配等问题，有效实现了从可见光到红外的宽波段探测单片集成(即增大了探测器的探测谱段范围)，也改善了异质结界面质量，解决了传统单一光敏材料的光电探测器的响应波段受限难题以及宽波段探测器中异质材料的集成难题，具有高响应性和高灵敏度。
[0009]在本申请可选的实施方式中，超晶格材料层的厚度为1.9～2.1μm。
[0010]上述技术方案中，超晶格材料层的厚度为1.9～2.1μm，有利于提高探测器的探测
效果。
[0011]在本申请可选的实施方式中，超晶格单元的数量为200～400个，每个砷化铟层的厚度均为6～14个原子层，每个锑化镓层的厚度均为4～10个原子层。
[0012]上述技术方案，超晶格材料层的晶体质量较高，有利于保障探测器的探测效果。
[0013]在本申请可选的实施方式中，二维拓扑绝缘体材料层的材质为Bi2Se3或Bi2O2Se。
[0014]上述技术方案中，二维拓扑绝缘体材料层的材质为Bi2Se3或Bi2O2Se，其是在可见光区域进行探测的较佳材料，有利于提高探测器在可见光波段的探测效果；且Bi2Se3或Bi2O2Se材质的二维拓扑绝缘体材料层的层间靠范德华力结合，无悬挂键，有利于二维拓扑绝缘体材料层与InAs/GaSb材质的超晶格材料层之间形成范德华异质结，进而有利于扩宽探测器的响应波段。
[0015]在本申请可选的实施方式中，二维拓扑绝缘体材料层的厚度为1～10nm。
[0016]上述技术方案中，有利于二维拓扑绝缘体材料层与InAs/GaSb材质的超晶格材料层充分形成范德华异质结，有利于扩宽探测器的响应波段。
[0017]在本申请可选的实施方式中，探测器还包括衬底层，衬底层设置于超晶格材料层的下方并用于支撑超晶格材料层。
[0018]上述技术方案中，衬底层的设置，可以对整个探测器进行有效支撑，提高整个探测器的结构稳定性。
[0019]在本申请可选的实施方式中，衬底层的材质为锑化镓。
[0020]在本申请可选的实施方式中，第一金属电极和第二金属电极均为矩形环状结构；定义超晶格材料层在衬底层上的正投影区域为第一区域；第一金属电极设置于二维拓扑绝缘体材料层上；第二金属电极设置于衬底层上，并位于第一区域外，且第二金属电极围设于超晶格材料层的四周。
[0021]上述技术方案中，由于衬底层的材质为锑化镓，第一金属电极和第二金属电极的设置方式是利用光伏机制工作，可以使得探测器具有探测效率高、暗电流低、响应速度快以及工作电压低等优势。
[0022]在本申请可选的实施方式中，第一金属电极和第二金属电极均设置于二维拓扑绝缘体材料层上。
[0023]第一金属电极和第二金属电极均为矩形结构；和/或，第一金属电极和第二金属电极共同形成叉指电极结构。
[0024]在本申请可选的实施方式中，第一金属电极包括第一基层和位于第一基层上的第一金属层，第二金属电极包括第二基层和位于第二基层上的第二金属层。
[0025]第一基层和第二基层的材质均为钛，第一基层和第二基层的厚度各自独立地为10～100nm。
[0026]第一金属层和第二金属层的材质均为金，第一金属层和第二金属层的厚度各自独立地≥50nm。
[0027]上述技术方案中，第一基层的材质为钛，可以提高第一金属电极与二维拓扑绝缘体材料层间的粘附性，有利于提高整个探测器的结构稳定性；第二基层的材质为钛，可以提高第二金属电极与二维拓扑绝缘体材料层或衬底层之间的粘附性，有利于提高整个探测器的结构稳定性。第一金属层和第二金属层的材质均为金，有利于提高第一金属电极和第二
金属电极的导电性。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
[0029]图1为本申请实施例提供的从可见光到红外的宽波段探测器的第一示例的结构示意图。
[0030]图2为本申请实施例提供的从可见光到红外的宽波段探测器的第一示例的俯视图。
[0031]图3为本申请实施例提供的从可见光到红外的宽波段探测器的第二示例的结构示意图。
[0032]图4为本申请实施例提供的从可见光到红外的宽波段探测器的第二示例的俯视图。
[0033]图5为本申请实施例提供的从可见光到红外的宽波段探测器的第三示例的俯视图。
[0034]图标：110
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种从可见光到红外的宽波段探测器，其特征在于，包括：超晶格材料层、二维拓扑绝缘体材料层、第一金属电极以及第二金属电极；所述二维拓扑绝缘体材料层设置于所述超晶格材料层上，所述第一金属电极和所述第二金属电极均与所述二维拓扑绝缘体材料层欧姆连接；其中，所述超晶格材料层中具有沿所述超晶格材料层的厚度方向堆叠的多个超晶格单元；每个所述超晶格单元中均具有一个砷化铟层和一个锑化镓层。2.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述超晶格材料层的厚度为1.9～2.1μm。3.根据权利要求1或2所述的探测器，其特征在于，所述超晶格单元的数量为200～400个，每个所述砷化铟层的厚度均为6～14个原子层，每个所述锑化镓层的厚度均为4～10个原子层。4.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述二维拓扑绝缘体材料层的材质为Bi2Se3或Bi2O2Se。5.根据权利要求1或4所述的探测器，其特征在于，所述二维拓扑绝缘体材料层的厚度为1～10nm。6.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述探测器还包括衬底层，所述衬底层设置于所述超晶格材料层的下方并用于支撑所述超晶格材料层。7.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁国建，汪洋，王晓晖，冯琦，于萍，刘铮，贾海强，陈弘，
申请(专利权)人：松山湖材料实验室，
类型：新型
国别省市：