一种基于肖特基势垒的吸收增强型的光检测器的制作方法

本发明涉及光电探测器技术领域，具体涉及一种基于肖特基势垒的吸收增强型的光检测器。

背景技术：

光电探测器的物理效应通常分为光子效应和光热效应，对应的探测器分别称为光子型探测器和光热型探测器。各种光子型探测器的共同特征是采用半导体能带材料，光子能量对探测材料中光电子的产生起直接作用，故光子型探测器存在截止响应频率或波长，且光谱响应限于某一波段，因此不同的材料体系决定了探测器具有不同的响应波长范围，一般难以用于宽谱或多谱段探测。对于光热型探测器，在吸收光辐射能量后，并不直接引起内部电子状态的改变，而是把吸收的光能变为晶格的热运动能量，引起探测元件温度上升，从而引起探测元件的电学性质或其他物理性质发生变化，故光热效应与光子能量的大小没有直接关系，光热型探测器原则上对频率没有选择性。由于红外波段特别是中长波红外以上波段的光热效应相比紫外和可见光更明显，故光热探测器通常用于中长波光学辐射的探测，典型的光热型探测器包括微测辐射热计、热释电探测器和热偶探测器等种类。由于温度升高是热积累的作用，基于光热效应的热探测器一般响应速度较慢，在毫秒量级。

采用金属-半导体势垒(称为肖特基势垒)代替p-n结的半导体器件已经被开发以将入射光转换成电能。在肖特基势垒光检测器中，硅经常被用作半导体材料，其中所述光检测器工作在电磁能量谱的IR部分。在其最传统的方式中，一个硅基肖特基势垒光电二极管包括一薄的金属膜(比如硅化物膜)，其设置在一硅层上。入射光垂直地(即，″呈直角″)施加至此结构，过相对较薄的金属膜，其中膜仅吸收一小部分光，因此导致极低的外量子效率级。因此，传统的″垂直入射″的光检测器需要一个相对较大的活动检测面积，以便收集足够数量的光能以适当地发挥作用。然而，当检测区增加时，暗电流(不需要的噪声信号)也增加。此外，虽然结构相对简单，但是这样的垂直入射检测器通常要求进行冷却，其又与比较高的暗电流值相关联。

多年来，硅基肖特基势垒光检测器在光的吸收和量子效率方面的改善已经成为许多研究的对象。在一个例子中，如1197年11月11日授权给K.Saito等人的美国专利5,685,919中所公开的，通过在所述金属-半导体的分界面上一表面等离子激元模，可以对光的吸收予以改进。在此结构中，一个半圆柱形的透镜设置在金属层上，并用于将垂直入射的入射光重新定向成与形成表面等离子体激元层相关的一个角度。于1989年8月15日授权给A.C.Yang等人的美国专利4,857,973公开一个可选的肖特基势垒光检测器装置，其中光检测器单晶硅肋形波导单片集成，并定位以当光信号沿着肋形波导在硅化物层的下方通过时，吸收光信号的″尾″。尽管采用Yang等人的结构可以获得吸收效率的改善，但主要的损失依然存在，由于所述肋是通过部分地去除相对较厚的硅层部分而形成，沿着肋形波导结构的侧壁存在散射损失。此外，控制这样的肋形波导结构的尺寸(特别是高度)仍然存在困难，控制其平滑度也是如此。实际上，这样的″肋″结构(特别是具有亚微米级尺寸)的实现对于基于CMOS的常规工艺技术来说存在很大的困难。此外，Yang等人提出的非平面几何结构从制造的观点来说不被认为是优选的理想结构，特别是对于设计结构的可靠性和稳定性来说更是如此。

基于硅基肖特基势垒光检测器的潜在优势，可以非常有利地提供一种相对简单的设备，其具有高的量子效率，并且反应迅速，其制造可以采用与CMOS兼容的平面处理工艺和材料，无需大量的资金或技术投资。

然而,现有的基于肖特基势垒的光热探测器存在对于入射光吸收率较低的，导致进行入射光检测的时候存在检测灵敏度不足的缺陷。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是解决现有的基于肖特基势垒的光热探测器存在对于入射光吸收率较低的，导致进行入射光检测的时候存在检测灵敏度不足的问题。

为此，本发明提供了一种基于肖特基势垒的吸收增强型的光检测器，包括衬底层,所述衬底层的上方设置有第一电极层，所述第一电极层的上方设置有有机材料，所述有机材料的上表面分布有金属颗粒层，所述金属颗粒层的上方设置有透光导电薄膜，所述第一电极层、透光导电薄膜均与外接电源的电极电连接。

所述透光导电薄膜为石墨烯透光导电薄膜或金属氧化物透光导电薄膜。

所述金属氧化物透光导电薄膜为ITO、FTO、ZAO中的任意一种。

所述金属颗粒层的厚度为10nm～30 nm。

所述金属颗粒层为多个周期排布的纳米金属颗粒制成。

所述纳米金属颗粒为各向同性结构。

所述纳米金属颗粒为圆盘状或圆环状。

所述纳米金属颗粒为手性结构。

所述纳米金属颗粒为万字形。

本发明的有益效果：本发明提供的这种基于肖特基势垒的吸收增强型的光检测器，解决现有的基于肖特基势垒的光热探测器存在对于入射光吸收率较低的，导致进行入射光检测的时候存在检测灵敏度不足的问题，通过在有机材料上方设置有金属颗粒层以及透光导电膜，使得金属颗粒层能够增强入射光的吸收，从而影响有机材料内部的载流子分布，进而使得肖特基结的肖特基势垒发生变化，使得通过检测肖特基势垒变化来检测光特性变得更加灵敏、快速，更加有利于入射光检测。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是基于肖特基势垒的吸收增强型的光检测器结构示意图。

图2是金属颗粒层结构示意图一。

图3是金属颗粒层结构示意图二。

图4是金属颗粒层结构示意图三。

图5是金属颗粒层结构示意图四。

图中：1、衬底层；2、第一电极层；3、有机材料；4金属颗粒层；5、透光导电薄膜。

具体实施方式

为进一步阐述本发明达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本发明的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

实施例1

为了解决现有的基于肖特基势垒的光热探测器存在对于入射光吸收率较低的，导致进行入射光检测的时候存在检测灵敏度不足的问题。本发明提供了一种如图1所示的基于肖特基势垒的吸收增强型的光检测器，包括衬底层1, 该衬底层1主要起到支撑作用，衬底层1可以使用二氧化硅、石英、玻璃等制成；所述衬底层1的上方设置有第一电极层2，所述第一电极层2的上方设置有有机材料3，所述有机材料3的上表面分布有金属颗粒层4，所述金属颗粒层4的上方设置有透光导电薄膜5，第一电极层2与有机材料3之间形成肖特基结，金属颗粒层4与有机材料3之间也形成肖特基结，所述第一电极层2、透光导电薄膜5均与外接电源的电极电连接，用于检测对应的第一电极层2、金属颗粒层4之间的肖特基势垒变化；由于金属颗粒层4能够与入射光产生表面等离激元的共振反应，从而使得金属颗粒层4的上下表面之间产生较强的电场，该电场能够影响有机材料3内部的载流子分布，使得金属颗粒层4与有机材料3之间的肖特基结的肖特基势垒发生变化，不同特性的入射光所带来的肖特基势垒的变化不相同，通过检测肖特基势垒的变化，就可以获得入射光的特性；同时，金属颗粒层4的上层设置的透光导电薄膜5也能够增强入射光的吸收，使得上述的肖特基势垒变化更加的明显，从而提高入射光检测的效率、灵敏度。

所述透光导电薄膜5主要的作用是透光、并且导电，透光是确保入射光能够顺利透过，从而到达金属颗粒层4，导电特性是为了给金属颗粒层4外接电极，从而便于检测肖特基势垒；因此透光导电薄膜5可以选择石墨烯透光导电薄膜或金属氧化物透光导电薄膜；石墨烯透光导电薄膜具有非常好的化学稳定性、柔韧性、导电性、透明性导热性；石墨烯透光导电薄膜中电子的传导速率可达8*10⁵m/s，石墨烯中电子传输速率的阻力很小，可以移动亚微米的距离而不发生散射；另一方面，石墨烯在光的照射下不透明度只有2.2～2.4%，反射率是小于0.1%，可以忽略不计，将目标分子3置于石墨烯透光导电薄膜上进行催化反应，非常的有必要；当透光导电薄膜5为金属氧化物透光导电薄膜时，可以选择为ITO、FTO、ZAO三大体系中的的任意一种。

金属颗粒层4的厚度选择，主要是保证入射光的吸收，因此，所述金属颗粒层4的厚度为10nm～30nm，优先的可以选择20nm、25nm、15nm这样的尺寸。

所述金属颗粒层4为多个周期排布的纳米金属颗粒制成，纳米金属颗粒的间距一般选则在200nm～800nm之间，具体可以根据入射光的波长继续努力确定，只要能够保证入射光能够与金属颗粒层4进行有效的表面等离激元共振即可。

另外，上述的纳米金属颗粒若为各向同性结构，则可使得该基于肖特基势垒的吸收增强型的光检测器不依赖入射光的偏振方向；优先的，所述纳米金属颗粒为圆盘状，如图3所示；或者所述纳米金属颗粒为圆环状，如图4所示。

上述的纳米金属颗粒若为各向异性结构，例如，所述纳米金属颗粒为矩形状，如图2所示；则该基于肖特基势垒的吸收增强型的光检测器还可以进一步的检测线偏振光的特性。

当上述的纳米金属颗粒为手性结构，则该基于肖特基势垒的吸收增强型的光检测器还可以进一步的检测圆偏振光的特性。优先的，所述纳米金属颗粒为万字形，如图5所示。

综上所示，本发明提供的这种基于肖特基势垒的吸收增强型的光检测器，解决现有的基于肖特基势垒的光热探测器存在对于入射光吸收率较低的，导致进行入射光检测的时候存在检测灵敏度不足的问题，通过在有机材料3上方设置有金属颗粒层4以及透光导电膜5，使得金属颗粒层4能够增强入射光的吸收，从而影响有机材料3内部的载流子分布，进而使得肖特基结的肖特基势垒发生变化，使得通过检测肖特基势垒变化来检测光特性变得更加灵敏、快速，更加有利于入射光检测。

所述有机材料3是有机低聚物或者聚合物制成，或者包括不同有机材料的混合物或者不同有机和无机材料的混合物，只要有机材料3具有导电性即可。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。