红外探测器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种红外探测器，包括衬底，吸光薄膜层，半导体薄膜层以及金属电极。吸光薄膜层形成于所述衬底表面；半导体薄膜层形成于所述吸光薄膜层表面且覆盖所述吸光薄膜层；金属电极形成于所述衬底上且电连接所述半导体薄膜层。本实用新型专利技术的红外探测器，其通过将吸光薄膜层设置于衬底与半导体薄膜层之间，能够克服吸光薄膜层在半导体薄膜层表面难以原位、高质量外延生长的特点，形成界面性能可控的垂直异质结光电器件，器件中形成的内建场可以大幅度提高光生载流子的分离和注入效率，可以提供具有高响应度的红外探测和成像器件。可以提供具有高响应度的红外探测和成像器件。可以提供具有高响应度的红外探测和成像器件。

【技术实现步骤摘要】
红外探测器


[0001]本技术是关于一种探测器
，特别是关于一种红外探测器。

技术介绍

[0002]具有高迁移率的半导体材料例如石墨烯，作为未来可能替代硅成为下一代半导体薄膜行业基础材料，拥有独特的优良性能。高迁移率的半导体材料的高迁移率使得器件具有很高的光电转换效率，而且高迁移率的半导体材料如石墨烯还具有宽光谱光吸收和超高迁移率，可以研制高速高灵敏度的光电探测器。此外，由于石墨烯的零带隙特性，不存在光学盲区，可以研制出具有超高光学带宽的光电探测器。石墨烯的特性使得基于石墨烯的光电探测器具有巨大的应用潜力。
[0003]吸光材料例如硒化铅(PbS)是一种窄禁带宽度(0.28
‑
0.48eV)的化合物半导体薄膜材料，具有良好的光电导效应，噪声低，对外界条件的响应比较灵敏，适于制造敏感器件。硒化铅薄膜所制备的红外探测器具有质量高，灵敏度高等特点。
[0004]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0005]本技术的目的在于提供一种红外探测器，其通过将吸光薄膜层设置于衬底与半导体薄膜层之间，能够克服吸光薄膜层在半导体薄膜层表面难以原位、高质量外延生长的特点，形成界面性能可控的垂直异质结光电器件，器件中形成的内建场可以大幅度提高光生载流子的分离和注入效率，可以提供具有高响应度的红外探测和成像器件。
[0006]为实现上述目的，本技术提供了一种红外探测器，包括：
[0007]衬底；
[0008]吸光薄膜层，形成于所述衬底表面；
[0009]半导体薄膜层，形成于所述吸光薄膜层表面且覆盖所述吸光薄膜层设置；
[0010]金属电极，形成于所述衬底上且电连接所述半导体薄膜层。
[0011]在一个或多个实施方式中，所述吸光薄膜层为硒化铅薄膜层。
[0012]在一个或多个实施方式中，所述半导体薄膜层为石墨烯薄膜层。
[0013]在一个或多个实施方式中，所述半导体薄膜层完全覆盖所述吸光薄膜层设置。
[0014]在一个或多个实施方式中，所述吸光薄膜层包括Fe3O4薄膜层，Ti2O3薄膜层，PtS2薄膜层，PtSe2薄膜层，PdS2薄膜层和PdSe2薄膜层中的一种。
[0015]在一个或多个实施方式中，所述半导体薄膜层包括二硫化钼薄膜层、二硫化钨薄膜层、二硒化钼薄膜层、二硒化钨薄膜层、黑磷层，铋氧硫族材料薄膜层中的一种。
[0016]在一个或多个实施方式中，所述衬底与所述吸光薄膜层之间还设置有二氧化硅介质层。
[0017]在一个或多个实施方式中，所述金属电极在垂直于所述衬底厚度方向的投影与所述半导体薄膜层部分重叠。
[0018]在一个或多个实施方式中，所述金属电极在垂直于所述衬底厚度方向的投影与所述吸光薄膜层不重叠。
[0019]在一个或多个实施方式中，所述金属电极包括粘附层以及形成于所述粘附层上的惰性金属层，所述粘附层的厚度为20nm，所述惰性金属层的厚度为200nm。
[0020]在一个或多个实施方式中，所述粘附层包括铬金属粘附层或钛金属粘附层，所述惰性金属层包括Au层。
[0021]与现有技术相比，本技术的红外探测器，其通过将吸光薄膜层设置于衬底与半导体薄膜层之间，能够克服吸光薄膜层在半导体薄膜层表面不易生长的特点，提供具有高响应度的红外探测器。
[0022]本技术的红外探测器，充分利用石墨烯薄膜的高迁移率及硒化铅薄膜稳定性好、高光吸收度的优势，解决了单一石墨烯低光吸收的特点。
[0023]本技术的红外探测器，在硒化铅薄膜上转移石墨烯薄膜能够克服硒化铅薄膜在石墨烯薄膜表面难以原位、高质量外延生长的特点，形成界面性能可控的垂直异质结光电器件，器件中形成的内建场可以大幅度提高光生载流子的分离和注入效率，可以提供具有高响应度的红外探测和成像器件。本技术的红外探测器能够充分发挥硒化铅薄膜和石墨烯薄膜的优势，提供具有高响应度的石墨烯/硒化铅薄膜红外探测器。
附图说明
[0024]图1是本技术一实施方式的红外探测器的结构示意图。
[0025]图2～图4是本技术一实施方式的红外探测器的制备步骤示意图。
具体实施方式
[0026]下面结合附图，对本技术的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。
[0027]除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
[0028]石墨烯(Graphene)是一种以sp2杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料，其他二维新材料还包括二硫化钼(MoS2)、二硫化钨(WS2)、二硒化钼(MoSe2)、二硒化钨(WSe2)、黑磷(blackphosphorus)、铋氧硫族材料(BOX：Bi2O2S、Bi2O2Se、Bi2O2Te)等高迁移率薄膜材料。硒化铅是一种具有立方结构窄禁带的半导体薄膜材料，具有良好的光电导效应，噪声低，对外界条件的影响反应比较灵敏，适用于制造敏感器件，其他红外吸光材料还包括Fe3O4，Ti2O3，PtS2，PtSe2，PdS2，PdSe2等。
[0029]由于二维材料，特别是石墨烯材料的光吸收较少，虽然通过提高厚度可以增强光吸收，但是会影响石墨烯的载流子迁移率等特性。并且大多数石墨烯的制备方法都存在重现性差，结构稳定性不佳等问题。本征石墨烯自身由于光吸收率低、缺乏光增益机制，导致石墨烯应用于探测器时，探测器的光响应率较低。而吸光材料例如硒化铅薄膜对于1
‑
3μm波
长的红外光有非常高的光响应。同时相比于硒化铅量子点而言，硒化铅薄膜材料对于短波红外有着更高的光响应度，光吸收度会有所提高。
[0030]本专利技术提出的一种红外探测器结构，通过将吸光薄膜层设置于衬底与半导体薄膜层之间，能够克服吸光薄膜层在半导体薄膜层表面不易生长的特点，同时充分发挥半导体薄膜层的优秀电学性能，并利用了吸光薄膜层的高光吸收度，提高异质结器件的探测性能。
[0031]如图1所示，本技术一实施方式提供了一种红外探测器，包括衬底10，吸光薄膜层20，半导体薄膜层30以及金属电极40。吸光薄膜层20形成于衬底10的表面。半导体薄膜层30形成于吸光薄膜层20的表面且覆盖吸光薄膜层20设置。金属电极40形成于衬底10上且电连接半导体薄膜层30。
[0032]衬底10优选为硅衬底，硅衬底的表面形成有285nm的二氧化硅介质层。吸光薄膜层20形成于二氧化硅介质层上。硅衬底的表面经过抛光处理，之后对其进行清洗，去除硅衬底表面的杂质，颗粒，残留试剂等，使硅衬底表面干净、平整和光滑，没有玷污。
[0033]吸光薄本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种红外探测器，其特征在于，包括：衬底；吸光薄膜层，形成于所述衬底表面；半导体薄膜层，形成于所述吸光薄膜层表面且覆盖所述吸光薄膜层设置；金属电极，形成于所述衬底上且电连接所述半导体薄膜层。2.如权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述吸光薄膜层为硒化铅薄膜层。3.如权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述半导体薄膜层为石墨烯薄膜层。4.如权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述半导体薄膜层完全覆盖所述吸光薄膜层设置。5.如权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述吸光薄膜层包括Fe3O4薄膜层，Ti2O3薄膜层，PtS2薄膜层，PtSe2薄膜层，PdS2薄膜层和PdSe2薄膜层中的一种。6.如权利要求1所述的红外探测器，其特征在于，所述半导体薄膜层包括二...

【专利技术属性】
技术研发人员：余学超，田野，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：新型
国别省市：