基于平面结构的无机窄带光电探测器

本发明涉及光电探测器领域，具体涉及基于平面结构的无机窄带光电探测器。

背景技术：

1、光电探测器的应用领域非常广泛，在通信、医疗以及安全等领域都有着重要的应用价值。窄带光电探测器由于只在特定的波长范围内有响应，在一些特殊的领域，如智能监控、医学成像以及人工视觉等领域，有着很好的应用前景。目前，窄带光电探测器大多为垂直结构[1-3]，其普遍存在以下问题：通过厚度调控来实现窄带探测，不易于集成；或是通过一系列光敏阵列、光谱分裂系统或者滤波器实现，器件的制备较为复杂。而现有基于平面结构的窄带光电探测器，大多利用等离子体效应来增强特定波长范围内的吸收，窄带探测的效果较差。

2、参考文献：

3、[1]li wang,xiu-dong he,quan-you wang,ning qi,song-yun tian,mo-linwang,chun-yan wu,ji-gang hu,lin-bao luo.filterless and high-speed inp near-infrared photodetector with an ultra-small full-width at half maximum,ieeetransactions on electron devices,doi:10.1109/ted.2023.3267754.

4、[2]微孔阵列窄带近红外探测器的设计及性能研究，硕士学位论文，合肥工业大学。

5、[3]基于正六边形硅微孔结构高性能窄带近红外探测器的研究，硕士学位论文，合肥工业大学。

技术实现思路

1、本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种基于平面结构的无机窄带光电探测器，旨在以简单的工艺来实现对特定波长的选择性响应，使器件具有良好的光谱选择性、优异的器件性能、出色的稳定性和快速光响应。

2、本发明解决技术问题采用如下技术方案：

3、基于平面结构的无机窄带光电探测器，其特点在于：所述光电探测器以无机半导体作为衬底，在所述衬底的表面设置有与衬底呈欧姆接触的欧姆电极以及与衬底呈肖特基接触的肖特基电极；在所述衬底表面通过对其余区域进行遮光处理，而形成有光照区域；所述光照区域避开所述欧姆电极与所述肖特基电极；

4、通过如下方法中的至少一种，调控所述光电探测器的光谱响应范围(包括响应峰值波长与半高宽)，实现波长可调的窄带光电探测(即实现对特定波长的光的选择性响应，同时实现窄带探测)：在所述光照区域刻蚀硅微结构阵列；在所述光照区域进行掺杂处理；调控光照区域与肖特基电极的间距；调控入射光与衬底表面的夹角。

5、进一步地，本发明的所述窄带光电探测器可以使用大多数无机半导体材料作为衬底。当所述衬底为硅时，在硅上与其形成肖特基接触的金属材料包括au、ag、al、pt、mo、ni、ti和w中的一种。当所述衬底为锗时，在锗上与其形成肖特基接触的金属材料包括ti、ni、pt、gr和al中的一种。当所述衬底为砷化镓时，在砷化镓上与其形成肖特基接触的二维薄膜材料为石墨烯，金属材料为au、ti、ag、pt、al和gr中的一种。当所述衬底为磷化铟时，在磷化铟上与其形成肖特基接触的二维薄膜材料为石墨烯，金属材料为au、pt、ti和pd中的一种。

6、进一步地，所述硅微结构阵列包括但不限于金字塔结构阵列或倒金字塔结构阵列。

7、进一步地，所述掺杂处理通过高温扩散或离子注入的方法实现。当所述衬底为硅或锗时，光照区域掺入杂质为ag、au、al、as、cu、ni、pt、sb、se、zn和te中的至少一种。当所述衬底为砷化镓时，光照区域掺入杂质为au、ag、cu、s和te中的至少一种。当所述衬底为磷化铟时，光照区域掺入杂质为ti、v、cr、mn、fe、co和ni中的至少一种。

8、本发明所述基于平面结构的无机窄带光电探测器的制作方法，可采用如下方法：

9、1)提供无机半导体晶片作为衬底，同时为光吸收层；

10、2)衬底表面光照区域和电极的尺寸以及间距通过光刻掩膜版控制；

11、3)保持光照区域形貌不变；或者利用湿法刻蚀、干法刻蚀、金属辅助刻蚀等方法在光照区域形成硅微结构阵列(如金字塔或倒金字塔)；或者利用高温扩散或离子注入的方法，在所述光照区域进行掺杂处理；

12、4)利用电子束蒸发、化学气相沉积及磁控溅射等技术分别制备欧姆电极与肖特基电极；

13、5)对衬底表面除光照区域外的其余区域进行遮光处理。

14、与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

15、1.本发明提供了一种基于平面结构的无机窄带光电探测器，通过多种方法可实现对光电探测器光谱响应范围的调制，调制方法易于实现、器件结构简单，且对器件尺寸没有限制，可以实现极小尺寸器件的制作。

16、2.本发明的光电探测器为平面结构，相较于垂直结构的窄带探测器，由于光入射面和源漏电极均位于基底的同一侧，因此制备与测试更为简单方便。

17、3.本发明的光电探测器具有制备成本低廉、工艺简单、易于实现的特点。

18、4.与基于有机材料制成的光电探测器相比，本发明采用硅、锗、砷化镓、磷化铟等无机半导体和金属薄膜构建的光电探测器，具有更高的稳定性。

技术特征：

1.基于平面结构的无机窄带光电探测器，其特征在于：所述光电探测器以无机半导体作为衬底，在所述衬底的表面设置有与衬底呈欧姆接触的欧姆电极以及与衬底呈肖特基接触的肖特基电极；在所述衬底表面通过对其余区域进行遮光处理，而形成有光照区域；所述光照区域避开所述欧姆电极与所述肖特基电极；

2.根据权利要求1所述的基于平面结构的无机窄带光电探测器，其特征在于：所述硅微结构阵列为金字塔结构阵列或倒金字塔结构阵列。

3.根据权利要求1所述的基于平面结构的无机窄带光电探测器，其特征在于：所述掺杂处理通过高温扩散或离子注入的方法实现。

技术总结
本发明公开了基于平面结构的无机窄带光电探测器，其以无机半导体作为衬底，在衬底的表面设置有欧姆电极和肖特基电极，利用遮光处理在衬底表面设置光照区域的位置和大小，通过如下方法中的至少一种，调控光电探测器的光谱响应范围，实现波长可调的窄带光电探测：在光照区域刻蚀硅微结构阵列；在光照区域进行掺杂处理；调控光照区域与肖特基电极的间距；调控入射光与衬底表面的夹角。本发明的光电探测器具有制备成本低廉、工艺简单、易于实现的特点。

技术研发人员：王莉,邢佳乐,柳宇健,潘艳,方昶月,王墨林,王燕,罗林保
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15