[發明專利]一種P型石墨烯/N型鍺納米錐陣列肖特基結紅外光電探測器及其制備方法

有效

• 申請號: 201510073797.2
• 申請日: 2015-02-11
• 公開（公告）號: CN104638049B
• 公開（公告）日: 2016-10-19
• 發明（設計）人: 羅林保;盧瑞;鄭坤;鄒宜峰;王先賀
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H01L31/108
• 分類號: H01L31/108;H01L31/028;H01L31/18
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

技術領域

本發明屬于半導體光電探測領域，具體涉及一種P型石墨烯/N型鍺納米錐陣列肖特基結紅外光電探測器及其制備方法。

背景技術

紅外輻射是波長介于可見光與微波之間的電磁波，人眼察覺不到。要察覺這種輻射的存在并測量其強弱，必須把它轉變成可以察覺和測量的其他物理量。一般說來，紅外輻射照射物體所引起的任何效應，只要效果可以測量而且足夠靈敏，均可用來度量紅外輻射的強弱。

紅外探測器就是能將不可見的紅外輻射轉換成可測量的信號的光敏器件，具有適用于各種環境、易于探測、易于集成、低功耗、低成本的特點。現有的紅外探測器中，納米光電探測器與同種材質的薄膜光電探測器相比，具有更高靈敏度和反應速度，因此納米紅外探測器的研究具有很好的潛在價值和實用意義，其廣泛應用于軍事、氣象、工業、農業和林業、環境科學、公安保障以及醫療診斷等方面。

表面等離子體是一種電磁表面波，它在表面處場強最大，在垂直于界面方向是指數衰減場，它能夠被電子也能被光波激發。表面等離子體是目前納米光電子學科的一個重要的研究方向，它受到了包括材料學家，化學家，物理學家，生物學家等多個領域人士的極大的關注。

鍺是一種重要的半導體材料，它在室溫下的直接禁帶寬度為0.66eV，用于制造晶體管及各種電子裝置，主要的終端應用為光纖系統與紅外線光學。鍺在紅外光學領域的年需求量占鍺消費量的20-30％，鍺紅外光學器件主要作為紅外光學系統中的透鏡、棱鏡、窗口、濾光片等的光學材料。紅外市場對鍺產品的未來需求增長主要體現在兩個方面：軍事裝備的日益現代化帶動了對紅外產品的需求和民用市場對紅外產品的需求。但是目前基于鍺材料制備的光電探測器響應速度慢、比探測率低、暗電流大且器件制備工藝復雜。

石墨烯是一種由碳原子構成的單層片狀結構的新材料，是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維材料。石墨烯是已知的世上最薄、最堅硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，只吸收2.3％的光；導熱系數高達5300W/m·K，高于碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率超過15000cm²/V·s，又比納米碳管或硅晶體高，而電阻率只約10^-8Ω·m，比銅或銀更低，為世上電阻率最小的材料。因其電阻率極低，電子遷移的速度極快，因此被期待可用來發展更薄、導電速度更快的新一代電子元件或晶體管。由于石墨烯實質上是一種透明、良好的導體，也適合用來制造透明觸控屏幕、光板、甚至是太陽能電池。由于高導電性、高強度、超輕薄等特性，石墨烯在航天軍工領域的應用優勢也是極為突出的。應用于航天領域的石墨烯傳感器，就能很好的對地球高空大氣層的微量元素、航天器上的結構性缺陷等進行檢測。而石墨烯在超輕型飛機材料等潛在應用上也將發揮更重要的作用。

發明內容

本發明是為避免上述現有技術所存在的不足之處，充分利用石墨烯這一新型二維納米材料的優良特性，提供一種成本低、光吸收能力強、且響應速度快的P型石墨烯/N型鍺納米錐陣列肖特基結紅外光電探測器。

本發明為解決技術問題采用如下技術方案：

本發明P型石墨烯/N型鍺納米錐陣列肖特基結紅外光電探測器，其特點在于：以N型鍺基底作為所述紅外光電探測器的基區，在所述N型鍺基底的上表面的部分區域蒸鍍有絕緣層，另一部分區域生長有N型鍺納米錐陣列，且所述N型鍺納米錐陣列沿垂直于N型鍺基底上表面的方向生長；在所述絕緣層和所述N型鍺納米錐陣列的上方轉移有P型石墨烯薄膜，使所述P型石墨烯薄膜一部分與絕緣層接觸，另一部分與N型鍺納米錐陣列形成肖特基接觸；在所述P型石墨烯薄膜上旋涂有ITO納米顆粒；在所述N型鍺基底的下表面和所述P型石墨烯薄膜的上表面分別設置有引出電極；所述引出電極為銀電極，所述引出電極分別與所述P型石墨烯薄膜和所述N型鍺基底形成歐姆接觸。

本發明P型石墨烯/N型鍺納米錐陣列肖特基結紅外光電探測器，其特點也在于：所述N型鍺基底采用電阻率為0.1～20Ω﹒cm的N型輕摻雜鍺單晶基片。

所述絕緣層呈“回”型結構蒸鍍在所述N型鍺基底上表面的外周，所述N型鍺納米錐陣列位于所述絕緣層的回形框內。

所述絕緣層以SiO₂、Al₂O₃、Si₃N₄或HfO₂為材質，所述絕緣層的厚度不小于100nm。

所述的ITO納米顆粒的直徑為15nm～25nm。