[發明專利]基于聲表面波增強的紫外探測器及其制備方法

有效

• 申請號: 201410036906.9
• 申請日: 2014-01-26
• 公開（公告）號: CN104810427B
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發明（設計）人: 樊英民;鐘海艦;劉爭暉;徐耿釗;黃增立;徐科
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: H01L31/11
• 分類號: H01L31/11;H01L31/02;H01L31/0224;H01L31/18
• 代理公司: 上海翼勝專利商標事務所(普通合伙)31218
• 代理人: 翟羽

技術領域

本發明涉及紫外探測技術領域，尤其涉及一種基于聲表面波增強的紫外探測器及其制備方法。

背景技術

紫外探測技術在軍事領域和民用領域都有廣泛的用途。目前較常用的商用紫外探測器主要是真空紫外光電倍增管和硅基紫外光電二極管。然而，光電倍增管需要在高電壓下工作，存在成像系統體積較大、功耗和成本較高等缺點，限制了其應用的廣泛性。硅基紫外光電二極管盡管發展成熟，但是由于硅的禁帶寬度較小，因此必須配備濾波器才可實現紫外波段的選擇性探測；由于濾波器的使用，增加了系統的體積和制造的復雜性。

以GaN、ZnO、AlN為代表的寬禁帶半導體，其禁帶寬度對應的光子能量均處于紫外波段，因此，寬禁帶半導體對紫外波段具有天然的選擇性響應。同時，寬禁帶半導體通常具有化學穩定性高，導熱性能好等優點，非常適于制作紫外探測器件。目前基于寬禁帶半導體的紫外探測器，根據工作方式和器件結構的不同，分為光電導型、肖特基光電二極管、金屬-半導體-金屬（MSM）結構探測器，以及pn型光電二極管和p-i-n型光電二極管。

其中MSM結構紫外探測器是由橫向平面結構叉指狀電極和半導體形成的“背對背”的兩個肖特基結連接構成。在MSM結構探測器外加偏壓時，其中一個肖特基結處于正向偏置狀態，另一個處于反向偏置狀態，因此具有極小的暗電流。另外MSM結構探測器具有較低的電容，且光生電子-空穴對在內建電場區域可以被快速的分離，因此具有響應速度快的優點。另外，它還具有制備工藝簡單、響應度高等優點，因此受到人們的普遍關注。但MSM結構紫外探測器也存在一定的缺陷。首先，金屬電極的遮擋會造成光吸收的損失。由于叉指狀電極布滿探測器的工作區域，光在金屬電極之間的空隙內被吸收，因此金屬電極遮擋造成相當比例的光照無法入射到半導體內部。其次，由于光在金屬電極之間的空隙內被吸收，并產生光生載流子，光生載流子只有擴散到金屬電極下方的內建電場區域才會被分離形成電信號被輸出。當少子擴散長度較小時，有一部分載流子無法擴散到內建電場區域便被復合，也無法轉換成電信號。這些問題導致MSM結構紫外探測器具有較低的響應度。為提高MSM的響應度，需要減小光照損失和降低光生載流子的復合。

石墨烯是一種新型二維材料，具有良好的透光性能和導電性能，使用石墨烯代替MSM結構中的金屬，可提高有效光照面積。

聲表面波（surface acoustic wave, SAW）是一種能量局域在固體表面傳播的機械波。半導體中的聲表面波傳播時，聲表面波伴隨的電壓對半導體表面能帶造成周期性調制，形成周期性勢阱/勢壘；在勢壘處可以俘獲空穴，在勢阱處俘獲電子，將電子-空穴分別俘獲在聲表面波的不同位置，減小電子-空穴的復合。利用這種聲表面波的這種效應，可將遠處的光生載流子傳送至MSM結構內建電場區域，提高光電轉換效率。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種基于聲表面波增強的紫外探測器及其制備方法，其能夠提高光電轉換效率，實現高靈敏度的紫外探測功能。

為了解決上述問題，本發明提供了一種基于聲表面波增強的紫外探測器，包括半導體襯底及設置于半導體襯底表面的兩個背對背的肖特基電極，所述兩個背對背的肖特基電極用于收集光生載流子并形成電信號輸出，還包括設置于半導體襯底表面的叉指換能器，所述叉指換能器用于激勵聲表面波，以實現聲表面波對光生載流子的輸運。

進一步，所述兩個背對背的肖特基電極采用石墨烯制作，所述兩個背對背的肖特基電極與所述半導體襯底形成石墨烯-半導體-石墨烯結構。

進一步，所述兩個背對背的肖特基電極為叉指形狀。

進一步，所述石墨烯選自于單層石墨烯、少層或多層石墨烯中的一種或幾種的混合。

進一步，所述半導體襯底為寬禁帶極性半導體襯底。

進一步，所述寬禁帶極性半導體襯底的材料選自于III-V組化合物和II-VI組化合物中的一種。

進一步，所述寬禁帶極性半導體襯底的材料選自于GaN、AlN、AlGaN、ZnO中的一種。

進一步，所述叉指換能器是由導電薄膜制作的梳齒狀電極。

進一步，所述導電薄膜選自于導電金屬薄膜、單層石墨烯薄膜、少層或多層石墨烯薄膜中的一種。

一種基于聲表面波增強的紫外探測器的制備方法，包括如下步驟：提供半導體襯底；在所述半導體襯底表面制作叉指換能器；在制作有叉指換能器的半導體襯底表面制作兩個背對背的肖特基電極。