[發明專利]基于合金半導體納米結構集成基片的光電探測器的制作

無效

• 申請號: 201410326461.8
• 申請日: 2014-07-10
• 公開（公告）號: CN104143586A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發明（設計）人: 劉瑞斌
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明涉及一種基于合金半導體納米結構集成基片的光電探測器的制作，屬于光電探測領域。

背景技術

半導體光電導探測器在國民經濟和軍事的各個領域有著廣泛的應用，如在可見光或近紅外波段，主要用于輻射測量和探測、光度計量、攝像管靶面等等；在紅外波段主要用于導彈制導、紅外熱成像等方面。其中，具有寬帶光譜響應的高靈敏度微型光探測器由于在光學傳感、精確光譜測量等領域具有巨大的應用潛力，逐漸成為光電探測領域研究的目標之一。

目前市場化的光電探測器存在著諸多不足之處，例如：硅(間接帶隙半導體材料)基光電探測器，雖然光譜響應范圍較寬，但是，間接帶隙材料的特點決定了其效率、吸收系數以及靈敏度等都低于直接帶隙半導體光電探測器。其大面積探測器制備難度較大，且依托于傳統的微加工設備的制備工藝，成本較高。

直接帶隙半導體探測器在可見區及紫外有更高的吸收系數，具有更高的信噪比。然而，特定的直接帶隙半導體材料只對帶隙附近頻率的入射光子具有較高的響應度和靈敏度，因此半導體光電探測器只對某一個波長范圍內的光可以進行高靈敏度探測。

隨著合金半導體納米材料研究的展開，雖然多數人運用化學氣相沉積的方法，實現了不同組分的合金半導體納米結構(不同帶隙)在很小基片上的漸變生成，研究發現單基片上漸變生長的一維合金半導體納米結構具備很好的可調諧發光行為，同時理論上證明三元或四元合金納米材料集成基片在光電轉換方面也有著潛在優勢，如寬光譜響應等特點。

本發明利用單基片上集成生長的帶隙漸變的CdSSe合金納米結構(從CdS均勻過渡到CdSe的一維納米結構的基片)，通過對其光電性質的研究，發現其具有優良的光電導性能。以此為基礎，我們實現寬帶高靈敏、大面積光電探測，克服了傳統光電探測器的缺點并推進了三元合金納米材料在光電探測領域的發展。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有光電探測技術中探測范圍內響應不均一、制作大面積光電探測器成本高的問題，提供一種基于合金半導體納米結構集成基片的光電探測器的制作，該方法實現了以單基片上漸變生長的帶隙可調的CdSSe三元合金半導體一維納米結構為基礎的大面積高靈敏響應均一的光電探測器。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的。

基于合金半導體納米結構集成基片的光電探測器的制作，具體步驟如下：

步驟一：利用溫度和壓力可控的低成本CVD方法，通過控制反應溫度(1000℃)升溫速率(10℃/S-20℃/S)氣流和生長時間(氣體流量:6sccm-20sccm,生長時間:1小時-4小時)條件，在單基片上集成組分漸變的合金半導體納米結構；

步驟二：從步驟一所得的產物中選取優良的樣品；

步驟三：制作具有間隔的條形電極和叉指形電極的掩模板；

步驟四：通過熱蒸發或電子束蒸發的蒸鍍手段，在漸變分布的納米結構的基片上制作優化的不同形狀和寬度的金屬電極結構；

步驟五：將步驟四中得到的產物與外圍非線性放大電路連接，得到基于大面積單基片上集成生長的帶隙漸變的CdSSe(硒硫化鎘)三元合金半導體一維納米結構的光電探測器。

步驟一所述的單基片在使用前需要經過預處理，處理方法為：在單基片上通過化學氣相沉積方法得到三元CdSSe合金納米結構，其中所用單基片在放入可快速升溫且可長時間維持恒溫的加熱裝置之前需經小型離子濺射儀鍍金，在單基片表面形成厚度約為200-500納米的金薄膜層。

步驟二所述的優良樣品的標準為：在室溫照明下可以看出生長的樣品顏色從黃色(顏色同CdS)漸變至黑色(顏色同CdSe)，在離焦下的266nm脈沖激光激發下樣品豐富的光致發光情況：顏色從綠色(光致發光情況同純的CdS情況相同)漸變至紅色(光致發光情況同純的CdSe情況相同)。

步驟四所述的不同形狀和寬度的電極結構包括叉指電極結構和條形電極結構，電極結構具體要求為：叉指電極覆蓋整個基片，電極的長度和間距由基片大小決定，通常電極的寬度為基片寬度的1/10到1/20之間。條形電極之間間隔要涵蓋所有微納結構，電極寬度為0.5毫米至2毫米之間，厚度在微米量級。

步驟四所述的通過熱蒸發或電子束蒸發的手段在漸變生長有不同組分納米結構的基片上制作條形電極結構和叉指金屬電極結構，后續的測試是基于半導體測試系統，采用兩探針光電導測量方法。其中為了減小探針材料(此處所用為鎢)與金屬電極材料之間的勢壘，此處電極材料優選為鋁。(具體優選材料要視探針材料而定。