一种光子驻留模式增强宽谱吸收的全硅微孔结构及制备方法技术

本发明专利技术属于甚长波红外探测技术领域，具体涉及一种光子驻留模式增强宽谱吸收的全硅微孔结构及制备方法。本发明专利技术的全硅微孔结构从下而上依次为高纯硅衬底，重掺杂硅等离子体层，轻掺杂硅活性吸收层及本征纯硅阻挡层，还包括具有抛物线形状侧壁的周期性微孔阵列结构，且该结构嵌入到轻掺杂硅活性吸收层中。本发明专利技术所设计的具有抛物线形状侧壁的微孔阵列结构，实现了宽谱段光子的耦合，并激发了偏离垂直方向的高阶衍射模式；同时引入与全硅工艺兼容的重掺杂硅等离子体层，成功实现光子驻留模式。在上述这些设计的共同作用下，使得薄层活性吸收层在甚长波宽谱范围内的光子捕获效率达到最大化，能显著提升红外探测器、太阳能电池等光电器件性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于甚长波红外探测，具体涉及一种光子驻留模式增强宽谱吸收的全硅微孔结构及制备方法。

技术介绍

1、长波及甚长波范围蕴含丰富的物质与化学信息，因此在天文观测、环境监测等领域具有重要意义。常见的硅、锗、镓砷半导体材料，本征带隙分别为1.12ev、0.66ev、1.42ev。在这些材料中，锗材料的响应波长最长，截止于1.85μm，无法探测波长更长的光谱信息。为实现亚带隙吸收，需要在半导体材料中引入杂质能级。但是，从本征带间跃迁转变为杂质带跃迁时，峰值吸收系数衰减超过1个数量级。这一问题极大限制了吸收波长的进一步拓展，阻碍了长波及甚长波探测在多个领域的应用潜力进一步挖掘。

2、为解决基于杂质跃迁的非本征硅材料的吸收问题，传统方法是增加材料厚度。然而，对于甚长波范围的非本征探测器而言，这种做法不仅会增大器件体积、增加与之相关的暗电流，还会降低器件的响应速度。

3、在薄层吸收层中增强吸收，有效策略包括引入表面等离激元、导模共振、陷光等人工微结构。通过引入光子捕获结构，既能避免增加额外暗电流，又能将光子约束在有源区，进而提升特定波段范围本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种光子驻留模式增强宽谱吸收的全硅微孔结构，其特征在于，所述全硅微孔结构自下而上包括高纯硅衬底(1)，重掺杂硅等离子体层(2)，轻掺杂硅活性吸收层(3)及本征纯硅阻挡层(4)，还包括全介质微结构(5)，所述全介质微结构(5)为具有抛物线形状侧壁的周期性微孔阵列(5)，所述全介质微结构(5)嵌入到材料的轻掺杂硅活性吸收层(3)中；所述重掺杂硅等离子体层(2)的掺杂元素为硼，所述轻掺杂硅活性吸收层(3)的掺杂元素为镓。

2.根据权利要求1所述的一种光子驻留模式增强宽谱吸收的全硅微孔结构，其特征在于，所述全介质微结构(5)的孔直径范围为：D1＝7.6～7.8μm，D2＝8.2～...

【技术特征摘要】

1.一种光子驻留模式增强宽谱吸收的全硅微孔结构，其特征在于，所述全硅微孔结构自下而上包括高纯硅衬底(1)，重掺杂硅等离子体层(2)，轻掺杂硅活性吸收层(3)及本征纯硅阻挡层(4)，还包括全介质微结构(5)，所述全介质微结构(5)为具有抛物线形状侧壁的周期性微孔阵列(5)，所述全介质微结构(5)嵌入到材料的轻掺杂硅活性吸收层(3)中；所述重掺杂硅等离子体层(2)的掺杂元素为硼，所述轻掺杂硅活性吸收层(3)的掺杂元素为镓。

2.根据权利要求1所述的一种光子驻留模式增强宽谱吸收的全硅微孔结构，其特征在于，所述全介质微结构(5)的孔直径范围为：d1＝7.6～7.8μm，d2＝8.2～8.4μm，周期p为10～18μm，孔的数量超过100。

3.根据权利要求1所述的一种光子驻留模式增强宽谱吸收的全硅微孔结构，其特征在于，所述全硅微孔结构在14～20μm的甚长波范围内具有最大化的光子捕获效率。

4.根据权利要求1所述的一种光子驻留模式增强宽谱吸收的全硅微孔结构，其特征在于，所述高纯硅衬底(1)的电阻率＞10000ω·cm，厚度为400～500μm。

5.根据权利要求1所述的一种光子驻留模式增强宽谱吸收的全硅微孔结构，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏，邓科，胡伟达，张坤，郭家祥，肖云龙，张涛，李宁，陆卫，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：