一种半导体光电探测器及其制备方法与流程

本发明涉及半导体光电器件领域，具体涉及一种半导体光电探测器及其制备方法。

背景技术：

1、半导体光电探测器具有灵敏度高、柔性好、重量轻、制备工艺简单、制造成本低、环保无害等诸多优点，在民用和军事领域具有广泛的应用，例如可见光半导体探测器或近红外光半导体探测器可用于射线测量和探测、工业自动控制、光度计量等领域，红外光半导体电探测器可用于导弹制导、红外热成像、红外遥感等方面，紫外光半导体电探测器可用于紫外光通信、紫外制导、紫外成像、生物传感、森林火灾预警等。

2、目前，大多数半导体探测器都是宽波段探测器，具备窄带探测能力，即具有光谱高度选择性的半导体光电探测器更是具有极高的研究价值和应用前景。当前，人们开发的大多数半导体光电探测器，主要依赖体材料的价带与导带间的光吸收跃迁，而受限于体材料的连续能带结构，所制备的半导体光电探测器对波长小于截止波长的辐射光均会吸收响应，需要借助额外的滤光片滤除杂质辐射光或者设计复杂的半导体量子阱结构构建离散的量子能级才可以选择所需的探测波段。这不仅导致系统复杂程度和工程工艺难度升高、稳定性变差，而且带来成本的激增。因此，如何设计和制备具有窄带光探测的半导体光电探测器，提供更简单的半导体光电探测器、简化工程工艺难度、降低生产成本成为目前光电探测器件的研究重点。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于解决现有技术中的半导体光电探测器的结构复杂的问题，从而提供一种半导体光电探测器及其制备方法。

2、本发明提供一种半导体光电探测器，包括：栅极结构层；位于所述栅极结构层的一侧表面的有机半导体沟道层；位于部分所述有机半导体沟道层背向所述栅极结构层一侧表面的有机半导体光敏层；位于部分所述有机半导体沟道层背向所述栅极结构层一侧表面的源极层和漏极层，所述源极层和漏极层分别位于所述有机半导体光敏层的两侧；位于所述有机半导体光敏层、源极层和漏极层背离所述有机半导体沟道层一侧的有机半导体滤光层；所述有机半导体滤光层的吸收边波长比所述有机半导体沟道层的吸收边波长短。

3、可选的，所述有机半导体滤光层的吸收边波长至少比所述有机半导体沟道层的吸收边波长短5nm－8nm。

4、可选的，所述有机半导体光敏层包括给体有机半导体材料和受体有机半导体材料的混合物。

5、可选的，当所述有机半导体沟道层的导电类型为p型时，所述给体有机半导体材料与所述有机半导体沟道层的材料相同。

6、可选的，所述给体有机半导体材料中的给体有机半导体分子在所述有机半导体光敏层中均匀且连续分布，所述受体有机半导体材料中的受体有机半导体分子在所述有机半导体光敏层中均匀且不连续分布。

7、可选的，所述给体有机半导体材料和所述受体有机半导体材料的质量比为100：1－100：10。

8、可选的，当所述有机半导体沟道层的导电类型为n型时，所述受体有机半导体材料与所述有机半导体沟道层的材料相同。

9、可选的，所述受体有机半导体材料中的受体有机半导体分子在所述有机半导体光敏层中均匀且连续分布，所述给体有机半导体材料中的给体有机半导体分子在所述有机半导体光敏层中均匀且不连续分布。

10、可选的，所述给体有机半导体材料和所述受体有机半导体材料的质量比为1：100－10：100。

11、可选的，所述有机半导体沟道层的厚度为10nm－50nm。

12、可选的，所述有机半导体沟道层的材料包括：

13、

14、

15、至少一种。

16、可选的，所述有机半导体滤光层的厚度为0.5μm-3μm。

17、可选的，所述有机半导体滤光层的材料包括：

18、

19、中的至少一种。

20、可选的，所述有机半导体光敏层的厚度为30nm-100nm。

21、本发明还提供一种半导体光电探测器的制备方法，包括：形成栅极结构层；在所述栅极结构层的一侧表面形成有机半导体沟道层；在部分所述有机半导体沟道层背向所述栅极结构层一侧表面形成有机半导体光敏层；在部分所述有机半导体沟道层背向所述栅极结构层一侧表面形成源极层和漏极层，所述源极层和漏极层分别位于所述有机半导体光敏层的两侧；在所述有机半导体光敏层、源极层和漏极层背离所述有机半导体沟道层一侧形成有机半导体滤光层；所述有机半导体滤光层的吸收边波长比所述有机半导体沟道层的吸收边波长短。

22、可选的，所述有机半导体滤光层的形成工艺包括物理气相沉积工艺或者化学气相沉积工艺。

23、本发明的技术方案具有以下有益效果：

24、本发明提供的半导体光电探测器，所述有机半导体滤光层位于所述有机半导体光敏层、源极层和漏极层背离所述有机半导体沟道层一侧，所述有机半导体滤光层的吸收边波长比所述有机半导体沟道层的吸收边波长短，入射光照到所述有机半导体滤光层之后，短于所述有机半导体滤光层吸收边的波长的光将被有机半导体滤光层全部吸收，同时由于有机半导体滤光层中的激子具有束缚能大且扩散距离短的特点，使吸收的较短波长的入射光所产生的激子无法分离形成电子和空穴，因此入射光的短波部分不会产生光电流，实现有机半导体滤光层对较短波长入射光的滤波，而长于所述有机半导体滤光层吸收边的波长的光透过有机半导体滤光层进而照射至有机半导体光敏层，长于所述有机半导体滤光层吸收边的波长的光被有机半导体光敏层吸收产生光电流，即实现了窄带探测。所述有机半导体滤光层集成在所述半导体光电探测器中，不需要借助额外的滤光片或者设计复杂的半导体量子阱结构构建离散的量子能级就可以实现选择所需的探测波段。因此，所述半导体光电探测器的结构简单。

技术特征：

1.一种半导体光电探测器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的半导体光电探测器，其特征在于，所述有机半导体滤光层的吸收边波长至少比所述有机半导体沟道层的吸收边波长短5nm-8nm。

3.根据权利要求1所述的半导体光电探测器，其特征在于，所述有机半导体光敏层包括给体有机半导体材料和受体有机半导体材料的混合物。

4.根据权利要求3所述的半导体光电探测器，其特征在于，当所述有机半导体沟道层的导电类型为p型时，所述给体有机半导体材料与所述有机半导体沟道层的材料相同。

5.根据权利要求4所述的半导体光电探测器，其特征在于，所述给体有机半导体材料中的给体有机半导体分子在所述有机半导体光敏层中均匀且连续分布，所述受体有机半导体材料中的受体有机半导体分子在所述有机半导体光敏层中均匀且不连续分布。

6.根据权利要求4或5所述的半导体光电探测器，其特征在于，所述给体有机半导体材料和所述受体有机半导体材料的质量比为100:1-100:10。

7.根据权利要求3所述的半导体光电探测器，其特征在于，当所述有机半导体沟道层的导电类型为n型时，所述受体有机半导体材料与所述有机半导体沟道层的材料相同。

8.根据权利要求7所述的半导体光电探测器，其特征在于，所述受体有机半导体材料中的受体有机半导体分子在所述有机半导体光敏层中均匀且连续分布，所述给体有机半导体材料中的给体有机半导体分子在所述有机半导体光敏层中均匀且不连续分布。

9.根据权利要求7或8所述的半导体光电探测器，其特征在于，所述给体有机半导体材料和所述受体有机半导体材料的质量比为1:100-10:100。

10.根据权利要求1所述的半导体光电探测器，其特征在于，所述有机半导体沟道层的厚度为10nm-50nm。

11.根据权利要求1所述的半导体光电探测器，其特征在于，所述有机半导体沟道层的材料包括：

12.根据权利要求1所述的半导体光电探测器，其特征在于，所述有机半导体滤光层的厚度为0.5μm-3μm。

13.根据权利要求1所述的半导体光电探测器，其特征在于，所述有机半导体滤光层的材料包括：

14.根据权利要求1所述的半导体光电探测器，其特征在于，所述有机半导体光敏层的厚度为30nm-100nm。

15.一种半导体光电探测器的制备方法，其特征在于，包括：

16.根据权利要求15所述的半导体光电探测器的制备方法，所述有机半导体滤光层的形成工艺包括物理气相沉积工艺或者化学气相沉积工艺。

技术总结
本发明提供一种半导体光电探测器及其制备方法，其中半导体光电探测器包括：栅极结构层；位于所述栅极结构层的一侧表面的有机半导体沟道层；位于部分所述有机半导体沟道层背向所述栅极结构层一侧表面的有机半导体光敏层；位于部分所述有机半导体沟道层背向所述栅极结构层一侧表面的源极层和漏极层，所述源极层和漏极层分别位于所述有机半导体光敏层的两侧；位于所述有机半导体光敏层、源极层和漏极层背离所述有机半导体沟道层一侧的有机半导体滤光层；所述有机半导体滤光层的吸收边波长比所述有机半导体沟道层的吸收边波长短。所述半导体光电探测器的结构简单。

技术研发人员：牟震,孟鸿,李炜,高源鸿,闫朝一,龙马,张非
受保护的技术使用者：北京高德品创科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13