一种势垒阻挡型的锑化铟光电探测器及其制备方法技术

本发明专利技术的一种势垒阻挡型的光电探测器及其制备方法，从下向上依次是衬底、二维半导体层以及金属电极对；所述衬底的材料为锑化铟；所述二维半导体层的材料为碲化钼和石墨烯；所述金属电极对包括第一金属电极和第二金属电极；所述第一金属电极和所述第二金属电极之间的光敏区形成的沟道结构暴露出部分所述衬底和二维半导体层；其中，通过对所述衬底层和二维半导体层的能带匹配设计形成NBN势垒结构。本发明专利技术的一种势垒阻挡型的光电探测器及其制备方法，降低了多数载流子电子的暗电流，使得势垒光电探测器的工作温度大大提高，从而实现了具有高工作温度的光电探测器。了具有高工作温度的光电探测器。了具有高工作温度的光电探测器。

【技术实现步骤摘要】
一种势垒阻挡型的锑化铟光电探测器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及中波红外锑化铟室温光电探测
，具体涉及一种势垒阻挡型的锑化铟光电探测器及其制备方法。

技术介绍

[0002]红外光电探测器在通信、医疗、天文观测、红外成像、夜视和制导等方面具有广泛应用。新一代红外探测技术正朝着大阵列、多谱段、数字化、高帧率、高光谱探测的方向发展，探测器的核心竞争力将集中于小尺寸、低重量、低功耗、低成本和高性能。
[0003]III
–
V族半导体材料由于其高质量的材料生长工艺、稳定性和优异的光电性能，广泛应用于新型光电器件和纳米电子器件。在III
–
V族二元半导体化合物中，锑化铟(InSb)具有最窄的带隙、最高的电子迁移率和最小的电子有效质量，使得InSb在快速响应且低功耗的红外光电子器件领域具有极大的应用前景。随着二维材料的出现，以其具有自钝化表面、可调能带结构和可避免的晶格失配和界面缺陷等优势，在设计高性能异质结器件方面提供了高度灵活性，基于低维半导体材料的新结构器件设计也成为实现高工作温度红外探测器的有效方案。
[0004]传统InSb材料光电探测器存在的较大的暗电流，为减小因窄带隙光敏半导体材料的各种机制引起的探测器噪声，通常需要在液氮温度或更低的温度下运行，这极大地增加了探测器的重量和功耗，影响了器件可靠性，极大地限制了锑化铟光电探测器的实际应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的第一个目的在于，提供一种势垒阻挡型的锑化铟光电探测器。
>[0006]为此，本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：
[0007]一种势垒阻挡型的光电探测器，从下向上观测依次是衬底、二维半导体层以及金属电极对；
[0008]所述衬底的材料为锑化铟；所述二维半导体层的材料为碲化钼和石墨烯；
[0009]所述金属电极对包括第一金属电极和第二金属电极；所述第一金属电极和所述第二金属电极之间的光敏区形成的沟道结构暴露出部分所述衬底和二维半导体层；其中，通过对所述衬底层和二维半导体层的能带匹配设计形成NBN势垒结构。
[0010]在采用上述技术方案的同时，本专利技术还可以采用或者组合采用如下技术方案：
[0011]作为本专利技术的优选技术方案：所述锑化铟衬底的厚度为0.5毫米，衬底表面钝化层厚度为30
‑
50纳米。
[0012]作为本专利技术的优选技术方案：所述二维半导体层的厚度为5
‑
20纳米。
[0013]作为本专利技术的优选技术方案：所述第一金属电极和所述第二金属电极均为铬金复合电极；所述铬金复合电极包括铬层以及设置在所述铬层上的金层；其中，所述铬层的厚度为15纳米，所述金层的厚度为45纳米。
[0014]本专利技术的第二个目的在于，提供一种势垒阻挡型的锑化铟光电探测器的制备方
法。
[0015]为此，本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：
[0016]一种势垒阻挡型的锑化铟光电探测器的制备方法，包括：
[0017]采用阳极氧化、紫外光刻、湿法刻蚀工艺在所述衬底上制备钝化层和锑化铟光敏区；
[0018]采用机械剥离转移工艺将二维半导体材料依次转移至衬底光敏区表面，以生成二维半导体层；所述二维半导体材料为碲化钼和石墨烯；
[0019]采用电子束光刻技术、热蒸发金属工艺及剥离工艺在所述衬底和所述二维半导体层上制备金属电极对；所述金属电极对包括第一金属电极和第二金属电极；所述第一金属电极和所述第二金属电极之间的光敏区形成沟道结构。
[0020]在采用上述技术方案的同时，本专利技术还可以采用或者组合采用如下技术方案：
[0021]作为本专利技术的优选技术方案：所述采用机械剥离转移工艺将二维半导体材料转移至衬底表面，以生成二维半导体层，具体包括：
[0022]在具有氮气氛围的手套箱中采用机械剥离转移工艺将将二维半导体材料转移至衬底表面，以生成二维半导体层；
[0023]其中，所述二维半导体层的厚度为5
‑
20纳米。
[0024]作为本专利技术的优选技术方案：所述采用电子束光刻技术、热蒸发金属工艺及剥离工艺在所述衬底和所述二维半导体层上制备金属电极对，具体包括：
[0025]采用电子束光刻技术在所述衬底和所述二维半导体层上制备金属电极图形；
[0026]采用热蒸发金属工艺在所述金属电极图形上制备样品金属电极；
[0027]采用剥离工艺，剥离所述样品金属电极上的金属膜，获得金属电极对；
[0028]其中，所述第一金属电极和所述第二金属电极均为铬金复合电极；所述铬金复合电极包括铬层以及设置在所述铬层上的金层；所述铬层的厚度为15纳米，所述金层的厚度为45纳米。
[0029]与现有技术相比，本专利技术提供的一种势垒阻挡型的锑化铟光电探测器及其制备方法，通过对所述衬底层和二维半导体层的能带匹配设计形成NBN势垒结构，利用势垒型的能带结构设计对窄带隙的中波红外半导体材料，即锑化铟，进行载流子的调控，利用NBN型的能带匹配设计改变锑化铟中载流子在导带和价带上的传输，从而降低了多数载流子电子的暗电流，使得势垒光电探测器的工作温度大大提高，实现室温条件下在3.8μm中波红外光照下的光响应特性显示，器件的最大响应率为351.5mA/W，最大探测率为5.2
×
107Jones，且器件响应速度达到较高水平，表明NBN单极势垒结构设计为提升InSb类窄带隙半导体材料光电探测器的工作温度提供了新的途径，在红外光光电探测领域拥有广泛的应用前景。
附图说明
[0030]图1为本专利技术实施例势垒阻挡型的锑化铟光电探测器的截面示意图；
[0031]图2为本专利技术实施例势垒阻挡型的锑化铟光电探测器的制备流程图；
[0032]图3为本专利技术实施例势垒阻挡型的锑化铟光电探测器的输出特性曲线；
[0033]图4为本专利技术实施例势垒阻挡型的锑化铟光电探测器暗电流随温度变化的阿伦尼乌斯图；
[0034]图5为本专利技术实施例势垒阻挡型的锑化铟光电探测器对3.8μm光照下随光功率变化的光电流开关特性；
[0035]图6为本专利技术实施例势垒阻挡型的锑化铟光电探测器光照下的光响应时间特性。上升沿速度为45μs，下降沿速度为63μs。
[0036]附图中：衬底1、钝化层2、碲化钼31、石墨烯32、第一金属电极41、第二金属电极42。
具体实施方式
[0037]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细地描述。
[0038]一种势垒阻挡型的光电探测器，从下向上观测依次是衬底、二维半导体层以及金属电极对；
[0039]所述衬底的材料为锑化铟；所述二维半导体层的材料为碲化钼和石墨烯；
[0040]所述金属电极对包括第一金属电极和第二金属电极；所述第一金属电极和所述第二金属电极之间的光敏区形成的沟道结构暴露出部分所述衬底和二维半导体层；其中，通过对所述衬底层和二维本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种势垒阻挡型的锑化铟光电探测器，其特征在于：从下向上依次设置衬底、二维半导体层以及金属电极对；所述二维半导体层的材料为碲化钼和石墨烯；所述金属电极对包括第一金属电极和第二金属电极，所述第一金属电极和所述第二金属电极之间的光敏区形成的沟道结构暴露出部分所述衬底和所述二维半导体层；其中，通过对所述衬底层和二维半导体层的能带匹配设计形成NBN势垒结构。2.如权利要求1所述的势垒阻挡型的锑化铟光电探测器，其特征在于：所述衬底锑化铟的厚度为0.5毫米。3.如权利要求1所述的势垒阻挡型的锑化铟光电探测器，其特征在于：所述二维半导体层的厚度为5
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20纳米。4.如权利要求1所述的势垒阻挡型的锑化铟光电探测器，其特征在于：所述第一金属电极和所述第二金属电极均为铬金复合电极；所述铬金复合电极包括铬层以及设置在所述铬层上的金层；其中，所述铬层的厚度为15纳米，所述金层的厚度为45纳米。5.权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：石倩，张书魁，王建禄，
申请(专利权)人：国科大杭州高等研究院，
类型：发明
国别省市：