一种新型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新型光电探测器及其制备方法，该光电探测器包括由下至上依次设置的单晶氧化铝基底、氧化锌籽晶层和氧化锌纳米阵列，氧化锌纳米阵列表面具有硫化钼膜层，氧化锌籽晶层和硫化钼膜层上分别引出电极。本发明专利技术中，使用单晶氧化铝基底，有助于获得规则的氧化锌纳米阵列；采用磁控溅射溅射氧化锌籽晶层并使用快速退火炉退火来提高结晶质量；借助光刻技术调控氧化锌纳米阵列形貌，有望通过调控阵列间距、长度等实现不同波段的吸收增强；使用脉冲激光沉积超薄且均匀的硫化钼膜层，增强吸收效果显著，并使用硫化钼的层间生长特性实现了冠状形貌；光电探测器的光谱范围为254

【技术实现步骤摘要】
一种新型光电探测器及其制备方法


[0001]本专利技术属于光电探测器
，具体涉及一种新型光电探测器及其制备方法。

技术介绍

[0002]光电探测器是指半导体材料受光激发产生电子空穴对，在PN结的电场作用下经过漂移和扩散作用形成光生电流的光电半导体器件。受限于半导体材料的禁带宽度，通常光电探测器仅能探测波长范围较小的光，如硅光电探测器的探测波长范围为400
‑
1100nm，而氧化锌光电探测器的探测波长范围<400nm。并且，通常的平面型光电探测器由于表面反射作用，无法实现高效率的光收集，从而影响了器件的响应度和探测度。
[0003]得益于3D纳米结构优秀的陷光效应，在光电探测器表面制备的3D纳米结构搭配超薄纳米薄膜将有望实现光学/电学性能的突破。但是，目前使用可调控的3D陷光结构实现宽光谱的光电探测器鲜有报道。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种新型光电探测器及其制备方法。
[0005]为实现上述目的，达到上述技术效果，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种新型光电探测器，包括由下至上依次设置的单晶氧化铝基底、氧化锌籽晶层和氧化锌纳米阵列，所述氧化锌纳米阵列表面具有硫化钼膜层，所述氧化锌籽晶层和硫化钼膜层上分别引出电极。
[0007]进一步的，所述氧化锌籽晶层的厚度大于10nm。
[0008]进一步的，所述硫化钼膜层为通过将硫化钼使用脉冲激光沉积法沉积至氧化锌纳米阵列表面制成，硫化钼沿层生长速度大于层间生长速度。
[0009]进一步的，所述硫化钼膜层的厚度不小于10nm，越厚吸收会越强。
[0010]进一步的，所述氧化锌纳米阵列顶端具有由硫化钼沉积形成的冠状结构。
[0011]进一步的，所述氧化锌籽晶层和硫化钼膜层上的电极厚度为50nm
‑
500nm，所述氧化锌籽晶层上的电极为钛金电极，所述硫化钼膜层上的电极为金电极。
[0012]本专利技术公开了一种新型光电探测器的制备方法，包括以下步骤：
[0013]1)对单晶氧化铝基底进行清洁处理；
[0014]2)在单晶氧化铝基底上采用磁控溅射的方式溅射氧化锌籽晶层，溅射功率控制在100W以内，溅射厚度大于10nm；
[0015]3)对步骤2)所得氧化锌籽晶层进行退火，使氧化锌籽晶层尽量趋向于C轴排列；
[0016]4)对步骤3)所得氧化锌籽晶层表面采用光刻法形成孔状掩模，孔的直径和孔的间距由掩模板结构设计进行调整；
[0017]5)使用水热法在孔状掩模中生长出簇状的氧化锌纳米阵列；
[0018]6)去除剩余的光刻胶；
[0019]7)使用脉冲激光沉积法将硫化钼沉积至氧化锌纳米阵列表面，硫化钼沿层生长速度大于层间生长速度，硫化钼除在氧化锌纳米阵列表面形成包裹外，还在顶端形成冠状结构，冠状结构的大小与脉冲激光能量、沉积时间和单晶氧化铝基底温度有关；
[0020]8)使用掩模板配合电子束蒸发方法为氧化锌籽晶层和硫化钼膜层分别引出电极。
[0021]8、根据权利要求7所述的一种新型光电探测器的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述单晶氧化铝基底为C
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(0001)向单晶氧化铝基底，依次使用去离子水、乙醇、丙酮对单晶氧化铝基底进行超声清洁。
[0022]进一步的，步骤3)中，退火温度为300℃，退火时间为30min。
[0023]进一步的，步骤4)中，孔直径控制在100nm
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5μm，间距应在200nm
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20μm。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0025]1、本专利技术使用单晶氧化铝基底，质量好，稳定性好，有助于获得规则的氧化锌纳米阵列；
[0026]2、本专利技术采用磁控溅射溅射氧化锌籽晶层并使用快速退火炉退火来提高结晶质量，便于在其上生长出规则的氧化锌纳米阵列；
[0027]3、本专利技术借助光刻技术调控氧化锌纳米阵列形貌，有望通过调控阵列间距、长度等实现不同波段的吸收增强；
[0028]4、本专利技术使用脉冲激光沉积超薄且均匀的硫化钼膜层(10nm)，在不影响硫化钼材料特性的基础上增强吸收效果显著，使用硫化钼的层间生长特性实现了冠状形貌，有助于增加硫化钼的附着面积，同时，入射光在结构中多次反射和折射能够增强光的吸收；
[0029]5、本专利技术的光电探测器的光谱探测范围为254
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1550nm，除紫外可见波段外，可扩展到1310nm、1550nm近红外通讯波段；
[0030]6、本专利技术的光电探测器的制备流程合理，适合工业化推广使用。
附图说明
[0031]图1为本专利技术的光电探测器的结构示意图；
[0032]图2为本专利技术的光电探测器的工艺流程图；
[0033]图3为本专利技术的光电探测器的SEM图；
[0034]图4为本专利技术的光电探测器的光学显微镜表征图；
[0035]图5为本专利技术的光电探测器的能带结构图；
[0036]图6为本专利技术的光电探测器的陷光效应图；
[0037]图7为本专利技术的光电探测器在不同波长下的光开关测试图。
具体实施方式
[0038]下面对本专利技术进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0039]以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
[0040]如图1
‑
7所示，一种新型光电探测器，包括由下至上依次设置的单晶氧化铝基底1、氧化锌籽晶层2和氧化锌纳米阵列3，氧化锌纳米阵列3表面具有硫化钼膜层4，氧化锌籽晶层2和硫化钼膜层4上分别引出电极，硫化钼膜层4为通过将硫化钼使用脉冲激光沉积法沉积至氧化锌纳米阵列3表面制成，硫化钼沿层生长速度大于层间生长速度，氧化锌纳米阵列顶端具有由硫化钼沉积形成的冠状结构。
[0041]氧化锌籽晶层2的厚度大于10nm。
[0042]硫化钼膜层4的厚度不小于10nm，越厚吸收会越强。
[0043]一种新型光电探测器的制备方法，包括以下步骤：
[0044]1)依次使用去离子水、乙醇、丙酮对C
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(0001)向单晶氧化铝基底1进行超声清洁处理；
[0045]2)在单晶氧化铝基底上采用磁控溅射的方式溅射氧化锌籽晶层2，溅射功率控制在100W以内，溅射时间决定了氧化锌籽晶层2的厚度，溅射厚度大于10nm；
[0046]3)采用真空退火炉对步骤2)所得氧化锌籽晶层2进行退火，使氧化锌籽晶层2尽量趋向于C轴排列，退火本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型光电探测器，其特征在于，包括由下至上依次设置的单晶氧化铝基底、氧化锌籽晶层和氧化锌纳米阵列，所述氧化锌纳米阵列表面具有硫化钼膜层，所述氧化锌籽晶层和硫化钼膜层上分别引出电极。2.根据权利要求1所述的一种新型光电探测器，其特征在于，所述氧化锌籽晶层的厚度大于10nm。3.根据权利要求1所述的一种新型光电探测器，其特征在于，所述硫化钼膜层为通过将硫化钼使用脉冲激光沉积法沉积至氧化锌纳米阵列表面制成，硫化钼沿层生长速度大于层间生长速度。4.根据权利要求1所述的一种新型光电探测器，其特征在于，所述硫化钼膜层的厚度不小于10nm。5.根据权利要求1所述的一种新型光电探测器，其特征在于，所述氧化锌纳米阵列顶端具有由硫化钼沉积形成的冠状结构。6.根据权利要求1所述的一种新型光电探测器，其特征在于，所述氧化锌籽晶层和硫化钼膜层上的电极厚度为50nm
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500nm，所述氧化锌籽晶层上的电极为钛金电极，所述硫化钼膜层上的电极为金电极。7.根据权利要求1
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6任一所述的一种新型光电探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)对单晶氧化铝基底进行清洁处理；2)在单晶氧化铝基底上采用磁控溅射的方式溅射氧化锌籽晶层，溅射功率控制在100W以内，溅射厚...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱兵兵，宁玲，
申请(专利权)人：三序光学科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：