电磁波检测器、电磁波检测器阵列及电磁波检测器的制造方法技术

电磁波检测器(100)具备：半导体层(1)；绝缘层(5)，所述绝缘层(5)配置在半导体层上，并形成有开口部(6)；二维材料层(2)，所述二维材料层(2)从开口部上延伸至绝缘层上，并包含与面向开口部的绝缘层的周缘部(5A)相接的连接部，且与半导体层电连接；第一电极部(3)，所述第一电极部(3)配置在绝缘层上，且与二维材料层电连接；第二电极部(4)，所述第二电极部(4)与半导体层电连接；以及单极阻挡层(7)，所述单极阻挡层(7)配置在半导体层与二维材料层的连接部之间，分别与半导体层及二维材料层电连接。接。接。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电磁波检测器、电磁波检测器阵列及电磁波检测器的制造方法


[0001]本公开涉及一种电磁波检测器
、
电磁波检测器阵列及电磁波检测器的制造方法
。

技术介绍

[0002]以往，作为在下一代的电磁波检测器中使用的电磁波检测层的材料，已知有作为二维材料层的一例的迁移率极高的石墨烯
。
而且，作为下一代的电磁波检测器，已知有使用石墨烯场效应晶体管的电磁波检测器，所述石墨烯场效应晶体管将单层或多层石墨烯应用于场效应晶体管的沟道
。
[0003]在美国专利申请公开第
2015/0243826
号说明书
(
专利文献
1)
记载的检测器中，为了降低石墨烯场效应晶体管的暗电流，在形成于将硅基板的表面覆盖的绝缘膜的开口部内，以将开口部覆盖的方式形成的石墨烯与硅基板直接接触
。
在该检测器中，通过在充分注入了
n
型或
p
型的杂质的石墨烯与注入了
p
型或
n
型的杂质的硅基板的界面形成肖特基势垒，从而产生电流的整流作用
。
[0004]在国际公开第
2021/002070
号
(
专利文献
2)
记载的检测器中，二维材料层从形成于将半导体层的表面覆盖的绝缘膜的开口部上延伸至绝缘膜上，而且，在位于开口部内的二维材料层的正下方的半导体层形成有
pn
结
。
半导体层具有第一导电类型的第一半导体部分和第二导电类型的第二半导体部分，两部分
pn
接合
。
在专利文献2的检测器中，通过形成
pn
结，从而产生电流的整流作用
。
而且，在专利文献2的检测器中，通过使
pn
结作为光电二极管发挥功能，在电磁波照射到该
pn
结界面时，成为栅极电压经由绝缘膜模拟地施加于石墨烯的状态，对二维材料层的导电率进行调制，其结果是，在二维材料层中将光电流放大
。
[0005]在先技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1：美国专利申请公开第
2015/0243826
号
[0008]专利文献2：国际公开第
2021/002070
号

技术实现思路

[0009]专利技术要解决的课题
[0010]石墨烯等二维材料的状态密度会根据周围的电荷而敏感地变化
。
例如，由于吸附于二维材料层的水分或在二维材料层上形成的保护膜所具有的固定电荷等的影响，二维材料层与硅基板的电接合状态容易变化
。
因此，在专利文献1记载的检测器中，有时无法充分地确保肖特基势垒高度，其结果是，在石墨烯热激励出的电子有时被放出
(
热电子放出
)
而超过肖特基势垒并向硅基板注入
。
[0011]另外，在专利文献2记载的检测器中，例如在第一半导体部分的导电类型为
p
型且二维材料层及第二半导体部分的各导电类型为
n
型的情况下，形成图
21
所示那样的
npn
型的二极管构造
。
在该情况下，在向半导体层照射光等电磁波时，在
pn
结的耗尽层产生的空穴作
为光电流而经由二维材料层从第一电极部被取出，但由于形成于
n
型的二维材料层与
p
型的第一半导体部分的接合界面的势垒，空穴的取出会被妨碍
。
另一方面，若为了提高空穴的取出效率而使施加于
n
型的二维材料层与
p
型的第一半导体部分的
pn
结的负电压增加，则在
n
型的二维材料层热激励出的电子容易流入
p
型的半导体层，使得暗电流增加
。
[0012]本公开的主要目的在于提供一种不会妨碍光载流子的取出且与以往的检测器相比能够降低暗电流的电磁波检测器
、
电磁波检测器阵列及电磁波检测器的制造方法
。
[0013]用于解决课题的手段
[0014]本公开的电磁波检测器具备：半导体层；绝缘层，所述绝缘层配置在半导体层上，并形成有开口部；二维材料层，所述二维材料层从开口部上延伸至绝缘层上，并包含与面向开口部的绝缘层的周缘部相接的连接部，且与半导体层电连接；第一电极部，所述第一电极部配置在绝缘层上，且与二维材料层电连接；第二电极部，所述第二电极部与半导体层电连接；以及单极阻挡层，所述单极阻挡层配置在半导体层与二维材料层的连接部之间，分别与半导体层及二维材料层电连接
。
[0015]本公开的电磁波检测器的制造方法具备：准备半导体层的工序；在半导体层上形成单极阻挡层的工序；将绝缘层在半导体层及单极阻挡层上成膜的工序；形成与半导体层相接的第二电极部的工序；在绝缘层上形成第一电极部的工序；通过将配置在单极阻挡层上的绝缘层的一部分去除而形成使单极阻挡层在绝缘层露出的开口部的工序；以及形成从单极阻挡层上经由绝缘层上而延伸至第一电极部的二维材料层的工序
。
[0016]专利技术效果
[0017]根据本公开，能够提供不会妨碍光载流子的取出且与以往的检测器相比能够降低暗电流的电磁波检测器
、
电磁波检测器阵列及电磁波检测器的制造方法
。
附图说明
[0018]图1是示出实施方式1的电磁波检测器的俯视图
。
[0019]图2是从图1中的线段
II
‑
II
观察的剖视图
。
[0020]图3是示意性地示出图2中的线段
A
‑
B
处的能带构造的能带图
。
[0021]图4是示意性地示出实施方式1的电磁波检测器的变形例的能带构造的能带图
。
[0022]图5是用于说明实施方式1的电磁波检测器的制造方法的一例的流程图
。
[0023]图6是示意性地示出实施方式1的电磁波检测器的变形例的能带构造的能带图
。
[0024]图7是示意性地示出实施方式1的电磁波检测器的变形例的能带构造的能带图
。
[0025]图8是示出实施方式2的电磁波检测器的剖视图
。
[0026]图9是示意性地示出图8中的线段
A
‑
B
处的能带构造的能带图
。
[0027]图
10
是示意性地示出实施方式2的电磁波检测器的变形例的能带构造的能带图
。
[0028]图
11
是示出实施方式3的电磁波检测器的俯视图
。
[0029]图
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种电磁波检测器，其中，所述电磁波检测器具备：半导体层；绝缘层，所述绝缘层配置在所述半导体层上，并形成有开口部；二维材料层，所述二维材料层从所述开口部上延伸至所述绝缘层上，并包含与面向所述开口部的所述绝缘层的周缘部相接的连接部，且与所述半导体层电连接；第一电极部，所述第一电极部配置在所述绝缘层上，且与所述二维材料层电连接；第二电极部，所述第二电极部与所述半导体层电连接；以及单极阻挡层，所述单极阻挡层配置在所述半导体层与所述二维材料层的所述连接部之间，分别与所述半导体层及所述二维材料层电连接
。2.
根据权利要求1所述的电磁波检测器，其中，所述单极阻挡层被配置成将位于所述开口部的内部的所述半导体层覆盖，所述二维材料层经由所述单极阻挡层与所述半导体层电连接
。3.
根据权利要求2所述的电磁波检测器，其中，所述电磁波检测器还具备隧道层，所述隧道层在所述开口部的内部配置在所述二维材料层与所述单极阻挡层之间，所述二维材料层通过在所述隧道层流动的隧道电流而与所述单极阻挡层电连接
。4.
根据权利要求1所述的电磁波检测器，其中，所述单极阻挡层具有环状部分，所述环状部分在俯视时呈环状地配置在所述开口部的内部，所述二维材料层与在俯视时位于比所述环状部分靠内侧的位置的所述半导体层的一部分相接
。5.
根据权利要求4所述的电磁波检测器，其中，所述单极阻挡层配置在所述半导体层上，所述单极阻挡层具有锥形部，所述锥形部随着远离所述绝缘层的所述周缘部而厚度逐渐变薄
。6.
根据权利要求4所述的电磁波检测器，其中，所述单极阻挡层被埋入到所述半导体层的内部，所述绝缘层的所述周缘部配置在所述单极阻挡层上
。7.
根据权利要求4～6中任一项所述的电磁波检测器，其中，所述半导体层包含：第一半导体区域，所述第一半导体区域与所述二维材料层相接且具有第一导电类型；以及第二半导体区域，所述第二半导体区域与所述第二电极部相接且具有与所述第一导电类型不同的第二导电类型，所述第一半导体区域与所述第二半导体区域
pn
接合
。8.
根据权利要求1所述的电磁波检测器，其中，所述单极阻挡层具有环状部分，所述环状部分在俯视时呈环状地配置在所述开口部的内部，所述电磁波检测器还具备隧道层，所述隧道层具有第一部分，所述第一部分配置于在俯视时位于比所述环...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥田聪志，小川新平，福岛昌一郎，岛谷政彰，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：