[發(fā)明專利]基于半導體納米材料的等離激元增強光電探測器及其制備方法

有效

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• 申請日: 2016-12-20
• 公開（公告）號: CN106653930B
• 公開（公告）日: 2018-09-25
• 發(fā)明（設計）人: 黃慧鑫;王勝;張志勇;彭練矛
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01L31/09
• 分類號: H01L31/09;H01L31/18
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理事務所(普通合伙) 11200
• 代理人: 董琍雯

本發(fā)明提供一種基于半導體納米材料的等離激元增強光電探測器及其制備方法。該光電探測器以半導體納米材料作為電極之間的導電溝道，至少一端的電極采用等離激元增強電極結構，該等離激元增強電極結構采用斧狀周期結構。在制備該光電探測器時，可以先得到溝道材料再制備等離激元增強電極結構在其上，也可以先制備等離激元增強電極結構再覆蓋溝道材料。本發(fā)明可以有效地提高對特定波長范圍(300?10000納米)入射光能量的利用率，起到提高量子效率的增強效果；且制作工藝簡單，無需摻雜，電極加工與微加工方式兼容，尺寸可靈活設計以滿足特定波長范圍增強的需求。

技術領域

本發(fā)明屬于光探測器技術領域，涉及利用等離激元增強結構電極構成的等離激元增強的光電探測器，特別是基于半導體納米材料的等離激元增強光電探測器及其制備方法。

背景技術

光探測器在科學領域以及工業(yè)、軍事應用中得到了廣泛的應用，包括監(jiān)控、制造工藝控制、光通訊、生物以及軍事上的夜間探測等。基于各種材料的光探測器目前是各國科學家的研究熱點。基于如銦鎵砷、銻鎘汞等塊體半導體材料的紅外探測器，盡管可以實現較高的量子效率以及低溫下良好的極限探測性能，并且可以實現很高的探測度和很快的響應速度，但是由于技術難度大，工藝復雜，價格較高，難以更大規(guī)模應用，尤其在室溫條件下的高性能寬譜紅外探測器一直未能得到較好實現。

碳納米管作為半導體納米材料的代表，具有構建高效納米光電子器件所需要的優(yōu)異性質。作為一種新興光電材料，有望彌補現有光電材料穩(wěn)定性差、尺寸無法縮減等不足。首先，半導體納米碳管是直接帶隙材料，具有很好的吸光特性，碳納米管薄膜具有極低的光反射系數。其光譜吸收范圍覆蓋紫外、可見至紅外波段。其次，碳納米管具有極高的室溫遷移率，是良好的導電通道材料，具有高響應速度，可以制備高速光電響應器件和大數據量光電信息傳輸。此外，碳納米管因其碳碳鍵結構的穩(wěn)定性，單一的構成元素，具有良好的應力、化學穩(wěn)定性和對電流的高承受能力。最后尤其重要的是，半導體碳納米管同時具有近乎完美的電子型接觸金屬鈧(Sc)(Doping-Free Fabrication of Carbon Nanotube BasedBallistic CMOS Devices and Circuits,Z.Y.Zhang,X.L.Liang,S.Wang,K.Yao,Y.F.Hu,Y.Z.Zhu,Q.Chen,W.W.Zhou,Y.Li,Y.G.Yao,J.Zhang,and L.-M.Peng,Nano Letters 7(12)(2007)3603)和金屬釔(Y)(Y-Contacted High-Performance n-Type Single-WalledCarbon Nanotube Field-Effect Transistors:Scaling and Comparison with Sc-Contacted Devices,L.Ding,S.Wang,Z.Y.Zhang,Q.S.Zeng,Z.X.Wang,T.Pei,L.J.Yang,X.L.Liang,J.Shen,Q.Chen,R.L.Cui,Y.Li,and L.-M.Peng,Nano Letters 9(2009)4209)，以及空穴型接觸金屬Pd(Ballistic carbon nanotube field-effect transistors,A.Javey,J.Guo,Q.Wang,M.Lundstrom,H.J.Dai,Nature 424(2003)654)。采用不同的金屬分別實現電子和空穴的歐姆接觸為構建基于碳納米管的高性能太陽電池提供了保證。在半導體碳納米管兩端分別采用Pd和Sc接觸電極已經成功制備出高性能的光電二極管(Photovoltaic Effects in Asymetrically Contacted CNT Barrier-Free BipolarDiode,S.Wang,L.H.Zhang,Z.Y.Zhang,L.Ding,Q.S.Zeng,Z.X.Wang,X.L.Liang,M.Gao,J.Shen,H.L.Xu,Q.Chen,R.L.Cui,Y.Li and Lian-Mao Peng,J.Phys.Chem.C 113(2009)6891)，這種結構的光電二極管具有較好的光電轉換特性。