一种基于氧化钛纳米带的异质结型光电探测器及制备方法
【专利摘要】一种基于氧化钛纳米带的异质结型光电探测器及制备方法，本发明公开了一种异质结型光电探测器及其制备方法，是由P型氧化钛纳米带与N型氮掺杂石墨烯构筑成的异质结光电探测器。本发明光电探测器对可见光非常敏感，响应度及增益较高并且响应速度较快，为纳米材料在光电器件中的应用和集成提供了良好的基础。
【专利说明】
一种基于氧化钛纳米带的异质结型光电探测器及制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种P型碲化镉纳米带与N型氮掺杂石墨烯的异质结型光电探测器及制备方法。
【背景技术】
[0002]光电探测器是指由辐射引起被照射材料电导率改变的一种物理现象。光电探测器在军事和国民经济的各个领域有广泛用途。在可见光或近红外波段主要用于射线测量和探测、工业自动控制、光度计量等;在红外波段主要用于导弹制导、红外热成像、红外遥感等方面。
[0003]光电探测器能把光信号转换为电信号。根据器件对辐射响应的方式不同或者说器件工作的机理不同，光电探测器可分为两大类:一类是光子探测器；另一类是热探测器。根据器件结构可以分为光电导型和结型(异质结)光电探测器。光电导性是由于光子在半导体中被吸收时，产生可移动的载流子所造成的。目前纳米半导体光电探测器大多都是基于光电导型结构，由于电极间的载流子传输时间的限制，其速度、响应时间等性能都较差。光电探测器的响应速度决定了其跟随光学信号快速转换的能力，在光波通讯及光通讯中有着极其重要的作用。较慢的响应速度将严重限制了光电探测器在光电器件集成电路中的应用。
【发明内容】
[0004]本发明旨在提供一种异质结型光电探测器及其制备方法，所要解决的技术问题是提高光电探测器的响应速度和性能的稳定性，并尽量简化制备方法使其适于工业化生产。
[0005]本发明异质结型光电探测器的异质结是由P氧化钛纳米带与N型氮掺杂石墨烯构成的。
[0006]本发明解决技术问题采用如下技术方案:
[0007]本发明异质结型光电探测器具有如下结构:
[0008]在硅基底的表面覆有二氧化硅层，在二氧化硅层的表面分散有平铺的氧化钛纳米带，在所述氧化钛纳米带的两端分别设置有欧姆电极作为输出一极，所述欧姆电极与所述氧化钛纳米带呈欧姆接触;在所述氧化钛纳米带上交叠覆有氮掺杂石墨烯，所述氮掺杂石墨烯位于两个欧姆电极之间且与欧姆电极隔离;在所述氮掺杂石墨烯上设置有欧姆电极作为另一输出极，所述欧姆电极与所述氮掺杂石墨烯呈欧姆接触且与氧化钛纳米带和欧姆电极隔离；
[0009]所述氧化钛纳米带为P型氧化钛纳米带;所述氮掺杂石墨烯为N型氮掺杂石墨烯；
[0010]所述欧姆电极和欧姆电极为金电极。
[0011]本发明异质结型光电探测器的制备方法如下:
[0012]将氧化钛纳米带分散到硅基底表面的二氧化硅层上，随后采用紫外光刻技术在二氧化硅层上光刻出一对电极图案，然后利用电子束镀膜技术蒸镀得到一对欧姆电极，所述欧姆电极与所述氧化钛纳米带呈欧姆接触;将氮掺杂石墨烯覆于二氧化硅层的表面，利用紫外光刻技术在二氧化硅层上光刻出与氧化钛纳米带交叠且位于两个欧姆电极之间并与欧姆电极隔离的电极图案，然后利用氧等离子轰击除去电极图案以外的氮掺杂石墨烯得到氮掺杂石墨烯，再利用紫外光刻技术和电子束镀膜技术制备得到欧姆电极，所述欧姆电极与氮掺杂石墨烯形成欧姆接触且与氧化钛纳米带和欧姆电极隔离。
[0013]本发明异质结型光电探测器具有如下结构:
[0014]在硅基底的表面覆有二氧化硅层，在二氧化硅层的表面平铺有氮掺杂石墨烯，在氮掺杂石墨烯上设置有绝缘层，在所述绝缘层的表面分散有氧化钛纳米带且所述氧化钛纳米带的一部分与氮掺杂石墨烯接触;在绝缘层上设置有欧姆电极，所述欧姆电极与氧化钛纳米带呈欧姆接触;在氮掺杂石墨烯上设置有欧姆电极，所述欧姆电极与绝缘层、欧姆电极和氧化钛纳米带隔离；
[0015]所述氧化钛纳米带为P型氧化钛纳米带;所述氮掺杂石墨烯为N型氮掺杂石墨烯；
[0016]所述欧姆电极和欧姆电极为金电极。
[0017]本发明异质结型光电探测器的制备方法如下:
[0018]将氮掺杂石墨烯平铺到硅基底表面的二氧化硅层上，采用紫外光刻和磁控溅射镀膜技术在氮掺杂石墨烯的表面制备绝缘层，将氧化钛纳米带分散到绝缘层上的边缘位置使所述氧化钛纳米带有部分与氮掺杂石墨烯交叠接触，利用紫外光刻技术和电子束镀膜技术在绝缘层上制备欧姆电极，所述欧姆电极与所述氧化钛纳米带呈欧姆接触;再次利用紫外光刻技术和电子束镀膜技术在氮掺杂石墨烯上制备欧姆电极，所述欧姆电极与绝缘层、欧姆电极和氧化钛纳米带隔离。
[0019]所述绝缘层选自氮化硅(SiN)、氧化哈(HfO)、氧化锆(ZrO)、氧化铝(AlO)或二氧化硅(S1)，绝缘层的厚度为10纳米至10微米。
[0020]本发明金电极的厚度为10nm0
[0021]本发明使用的P型氧化钛纳米带和N型氮掺杂石墨烯是按照现有技术采用化学气相沉积方法在水平管式石英炉中合成。
[0022]与已有技术相比，本发明有益效果体现在:
[0023]本发明涉及了一种工艺较为简单，成本低廉的的方法制备了P型氧化钛与N型氮掺杂石墨烯异质结型光电探测器。由于结区其内在电场的加速作用，异质结结型光电探测器探测速度明显优于光电导型探测器。此外，氮掺杂石墨烯具有柔性、透明以及高电导率等特点，使探测器具备了较好的接收被探测光的能力，因此具备了较高的响应度和增益。所以，利用氧化钛纳米带和氮掺杂石墨烯构筑成异质结型光电探测器具备了较高的探测率、较高的响应度、增益以及较快的探测速度，有利于光电探测器在快速光电集成电路中的应用。
【附图说明】
[0024]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
[0025]图1为本发明实施例1中P型氧化钛纳米带与N型氮掺杂石墨烯异质结型光电探测器的结构示意图。
[0026]图2为本发明实施例2中P型氧化钛纳米带与N型氮掺杂石墨烯异质结型光电探测器的结构示意图。
[0027]图中标号:1-硅基底，2-二氧化硅层，3-欧姆电极，4-氧化钛纳米带，5-氮掺杂石墨稀，6-欧姆电极，7-娃基底，8-二氧化娃层，9-氮掺杂石墨稀，I O-绝缘层，11-氧化钛纳米带，12-欧姆电极，13-欧姆电极。
【具体实施方式】
[0028]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0029]实施例1:
[0030]本实施例P型氧化钛纳米带与N型氮掺杂石墨烯异质结型光电探测器具有如下结构:
[0031]参见图1，在覆有二氧化硅层2的硅基底I的表面分散有平铺的氧化钛纳米带4，在所述氧化钛纳米带4的两端分别设置有100纳米厚的金电极3作为输出一极，所述金电极3与所述氧化钛纳米带4呈欧姆接触;在所述氧化钛纳米带4上交叠覆有氮掺杂石墨稀5，所述氮掺杂石墨烯5位于两个金电极3之间且与金电极3隔离;在所述氮掺杂石墨烯5上设置有100纳米厚的金电极6作为另一输出极，所述金电极6与所述氮掺杂石墨烯5呈欧姆接触且与氧化钛纳米带4和金电极3隔离；
[0032]其中氧化钛纳米带4为P型氧化钛纳米带；所述氮掺杂石墨烯5为N型氮掺杂石墨稀。
[0033]本实施例中P型氧化钛纳米带与N型氮掺杂石墨烯结型光电探测器的制备方法如下:
[0034]首先，利用化学气相沉积方法在水平管式石英炉中合成氧化钛纳米带4和氮掺杂石墨烯5，将氧化钛纳米带4分散到覆有二氧化硅层2的硅基底I的表面，二氧化硅层2的厚度为300纳米，随后采用紫外光刻技术在二氧化硅层2上光刻出一对电极图案，然后利用电子束镀膜技术蒸镀得到一对100纳米厚的金电极3，所述金电极3与所述氧化钛纳米带4呈欧姆接触;将氮掺杂石墨烯5覆于二氧化硅层2的表面，利用紫外光刻技术在二氧化硅层2上光刻出与氧化钛纳米带4交叠且位于两个金电极3之间并与金电极3隔离的电极图案，然后利用氧等离子轰击除去电极图案以外的氮掺杂石墨烯得到氮掺杂石墨烯5，再利用紫外光刻技术和电子束镀膜技术制备得到100纳米厚的金电极6，所述金电极6与氮掺杂石墨烯5形成欧姆接触且与氧化钛纳米带4和金电极3隔离，由氧化钛纳米带4与氮掺杂石墨稀5形成异质结。
[0035]实施例2:
[0036]如图2所示，本实施例P型氧化钛纳米带与N型氮掺杂石墨烯异质结型光电探测器具有如下结构:
[0037]在覆有二氧化硅层8的硅基底7的表面平铺有氮掺杂石墨烯9，在氮掺杂石墨烯9上设置有30纳米厚的绝缘层10，在所述绝缘层10的表面分散有氧化钛纳米带11且所述氧化钛纳米带11的一部分与氮掺杂石墨烯9接触;在绝缘层10上设置有100纳米厚的金电极12，所述金电极12与氧化钛纳米带11呈欧姆接触;在氮掺杂石墨烯9上设置有100纳米厚的金电极13，所述金电极13与绝缘层10、金电极12和氧化钛纳米带11隔离；
[0038]所述氧化钛纳米带11为P型氧化钛纳米带;所述氮掺杂石墨烯9为N型氮掺杂石墨稀。
[0039]本实施例中所述绝缘层10为氮化硅。
[0040]本实施例中P型氧化钛纳米带与N型氮掺杂石墨烯结型光电探测器的制备方法如下:
[0041]首先，利用化学气相沉积方法在水平管式石英炉中合成氧化钛纳米带11和氮掺杂石墨烯9，将氮掺杂石墨烯9平铺到覆有二氧化硅层8的硅基底7的表面，采用紫外光刻和磁控溅射镀膜技术在氮掺杂石墨烯9的表面制备30纳米厚的绝缘层10，将氧化钛纳米带11分散到绝缘层10上的边缘位置使所述氧化钛纳米带11有部分与氮掺杂石墨烯9交叠接触，利用紫外光刻技术和电子束镀膜技术在绝缘层10上制备100纳米厚的金电极12，所述金电极12与所述氧化钛纳米带11呈欧姆接触;再次利用紫外光刻技术和电子束镀膜技术在氮掺杂石墨稀9上制备100纳米厚的金电极13，所述金电极13与绝缘层10、金电极12和氧化钛纳米带11隔离。
[0042]以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种基于氧化钛纳米带的异质结型光电探测器，其特征在于，具有如下结构: 在硅基底的表面覆有二氧化硅层，在二氧化硅层的表面分散有平铺的氧化钛纳米带，在所述氧化钛纳米带的两端分别设置有欧姆电极作为输出一极，所述欧姆电极与所述氧化钛纳米带呈欧姆接触； 在所述氧化钛纳米带上交叠覆有氮掺杂石墨烯，所述氮掺杂石墨烯位于两个欧姆电极之间且与欧姆电极隔离； 在所述氮掺杂石墨烯上设置有欧姆电极作为另一输出极，所述欧姆电极与所述氮掺杂石墨烯呈欧姆接触且与氧化钛纳米带和欧姆电极隔离； 所述氧化钛纳米带为P型氧化钛纳米带;所述氮掺杂石墨稀为N型氮掺杂石墨稀； 所述欧姆电极和欧姆电极为金电极。2.—种权利要求1所述的基于氧化钛纳米带的异质结型光电探测器的制备方法，其特征在于，按如下步骤制备: 将氧化钛纳米带分散到硅基底表面的二氧化硅层上，随后采用紫外光刻技术在二氧化硅层上光刻出一对电极图案，然后利用电子束镀膜技术蒸镀得到一对欧姆电极，所述欧姆电极与所述氧化钛纳米带呈欧姆接触； 将氮掺杂石墨烯覆于二氧化硅层的表面，利用紫外光刻技术在二氧化硅层上光刻出与氧化钛纳米带交叠且位于两个欧姆电极之间并与欧姆电极隔离的电极图案，然后利用氧等离子轰击除去电极图案以外的氮掺杂石墨烯得到氮掺杂石墨烯，再利用紫外光刻技术和电子束镀膜技术制备得到欧姆电极，所述欧姆电极与氮掺杂石墨烯形成欧姆接触且与氧化钛纳米带和欧姆电极隔离。3.一种基于氧化钛纳米带的异质结型光电探测器，其特征在于，具有如下结构: 在硅基底的表面覆有二氧化硅层，在二氧化硅层的表面平铺有氮掺杂石墨烯，在氮掺杂石墨烯上设置有绝缘层，在所述绝缘层的表面分散有氧化钛纳米带且所述氧化钛纳米带的一部分与氮掺杂石墨烯接触;在绝缘层上设置有欧姆电极，所述欧姆电极与氧化钛纳米带呈欧姆接触； 在氮掺杂石墨烯上设置有欧姆电极，所述欧姆电极与绝缘层、欧姆电极和氧化钛纳米带隔离； 所述氧化钛纳米带为P型氧化钛纳米带;所述氮掺杂石墨稀为N型氮掺杂石墨稀； 所述欧姆电极和欧姆电极为金电极。4.根据权利要求3所述的基于氧化钛纳米带的异质结型光电探测器，其特征在于，所述绝缘层选自氮化硅、氧化哈、氧化锆、氧化铝或二氧化硅。5.—种权利要求3或4所述的基于氧化钛纳米带的异质结型光电探测器的制备方法，其特征在于，按如下步骤制备: 将氮掺杂石墨烯平铺到硅基底表面的二氧化硅层上，采用紫外光刻和磁控溅射镀膜技术在氮掺杂石墨烯的表面制备绝缘层，将氧化钛纳米带分散到绝缘层上的边缘位置使所述氧化钛纳米带有部分与氮掺杂石墨烯交叠接触，利用紫外光刻技术和电子束镀膜技术在绝缘层上制备欧姆电极，所述欧姆电极与所述氧化钛纳米带呈欧姆接触； 再次利用紫外光刻技术和电子束镀膜技术在氮掺杂石墨烯上制备欧姆电极，所述欧姆电极与绝缘层、欧姆电极和氧化钛纳米带隔离。
【文档编号】H01L31/0352GK106057961SQ201610504316
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月28日
【发明人】兰建龙
【申请人】兰建龙