[發明專利]基于可見光范圍的半導體納米線的光傳感器及其制造方法

有效

• 申請號: 200910132105.1
• 申請日: 2009-04-17
• 公開（公告）號: CN101562209A
• 公開（公告）日: 2009-10-21
• 發明（設計）人: 崔炅鎮;樸宰寬;金東完;崔榮進;樸慶洙;樸宰煥;邊在哲
• 申請（專利權）人: 韓國科學技術研究院
• 主分類號: H01L31/09
• 分類號: H01L31/09;H01L31/0256;H01L31/0296;H01L31/0224;H01L31/02;B82B1/00;H01L31/18;B82B3/00;G01J1/42
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 關兆輝;謝麗娜

相關申請的交叉引用

本發明要求2008年4月17號在韓國知識產權局提交的韓國專利申請No.2008-35505的優先權，其內容通過參考被并入本文。

技術領域

本發明涉及基于半導體納米線的光傳感器，并且更具體地，涉及具有高靈敏度和快速響應時間的光傳感器以及制造該光傳感器的方法，該光傳感器使用對可見光范圍的光敏感的半導體納米線作為光敏材料，該半導體納米線浮置在兩個電極之間。

背景技術

由于一維納米線的新特征和功能，諸如納米單元的維度、量子限域效應、高單結晶度、自組裝、內應力減小效應以及高的表面面積與體積的比(在傳統體材料中可能不被發現)，作為給電子器件提供多種可能的潛在材料，一維納米線已經受到廣泛關注。具有與碳納米管相似的形狀的一維納米線具有良好的光電特性，并且對于納米線來說多種成分的合成是可能的。通過摻雜，能夠輕易地控制納米線的半導體物理性能和光電特性。因此，在世界范圍內已經廣泛地研究納米線的合成、改進和器件實現。與傳統薄膜的基于光刻處理的自頂而下的制造相比，能夠利用自底向上的方法來合成控制良好的一維納米結構，從而實現高度集成的器件，并且呈現出新概念器件的可能性。

最近報道了應用到多種器件的半導體納米線，諸如激光器件、場效應晶體管(FET)、邏輯門和化學/生物光傳感器。尤其，通過使用半導體納米線良好的晶體性能和光電特性，已經研究了多種納米光電器件，諸如半導體納米線激光器、光傳感器和光波導，并且相關研究也處于進展中，以實現納米光電系統。基于諸如系統上封裝(SOP)和微機電系統(MEMS)之類的制造技術，目前正在開發將半導體納米線用作光源、信號傳輸介質和檢測器的一系列技術。尤其，已經報道關于將半導體納米線應用到光傳感器的研究。在諸如SOP、系統內封裝(SIP)和MEMS之類的多功能制造技術中，可能需要在從紫外線到近紅外線的波長范圍內操作的光傳感器、光開關和光耦合器。期望的是，可以有效地利用具有良好的靈敏度和響應時間的基于納米線的光傳感器。

為了實現基于具有高靈敏度光電特性和準確控制的光學特性的半導體納米結構的光傳感器，需要寬帶半導體納米結構的合成和組成設計技術作為支持。因為硫化鎘(CdS)、硒化鎘(CdSe)和其固溶體具有從大約1.7eV(730nm)到大約2.4eV(506nm)的可見光范圍的帶隙，所以它們對于開發光電器件具有很多優點，并且能夠通過相對簡單的處理來合成。因此，對于用于光電器件的納米結構，它們可能是有前途的材料。另外，當混合CdS和CdSe兩種材料以形成單一的化合的固溶體時，該固溶體的能帶隙可以根據成分變化而改變，其中CdS和CdSe兩種材料中的每一種材料都是雙成分系統。因此，該固溶體可以被有效地用于光學地響應于不同范圍的可見光譜。

然而，為了實現這種基于納米線的光傳感器器件，高成本且耗時的電子束光刻技術被常規地用于轉印圖案，以電接觸到納米線。另外，在接觸到個體納米線之前，需要復雜的處理，包括與襯底的分離、在適當的溶劑中的擴散以及納米線的對準。由于在制造處理中的這些困難，不能在大規模生產條件下以批量制造的方法大規模地制造許多基于納米線的光傳感器器件。由此，目前使用納米線的光傳感器器件和產品不能開發用于實際使用。

發明內容

本發明的一個方面提供了一種基于可見光范圍的半導體納米線的光傳感器，該光傳感器具有良好的感光靈敏度和快速響應/恢復時間，該光傳感器很容易以批量制造的方法大規模地制造。

本發明的另一個方面提供了一種制造基于可見光范圍的半導體納米線的光傳感器的方法，通過如下所述，該方法可以容易地應用到晶片規模(wafer-scale)的半導體制造處理，即，通過將半導體納米線直接合成在光傳感器的圖案化電極上，而沒有諸如納米線的擴散和對準的后續處理，從而簡化了光傳感器的制造處理，并且降低了制造成本。

根據本發明的一個方面，提供了一種基于半導體納米線的光傳感器，包括：襯底，具有由絕緣體形成的頂表面；兩個電極，在所述襯底上以預定的間隔彼此間隔開；金屬催化劑層，分別設置在所述兩個電極上；以及可見光范圍的半導體納米線，從所述兩個電極上的所述金屬催化劑層生長出來，其中，當分別從所述兩個電極上的所述金屬催化劑層生長出的所述可見光范圍的半導體納米線在所述襯底上方的所述兩個電極之間浮置時，從所述金屬催化劑層中的一個生長出的所述可見光范圍的半導體納米線與從另一個所述金屬催化劑層生長出的所述可見光范圍的半導體納米線相接觸。