[發(fā)明專(zhuān)利]一種寬探測(cè)波段雙重等離子工作光電探測(cè)器的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810456504.2
• 申請(qǐng)日: 2018-05-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108630782B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王莉;李晶晶;何淑娟;李振;羅和昊;范琦;徐星;于永強(qiáng);吳春艷;謝超;羅林保;胡繼剛;宣曉峰;黃正峰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L31/108
• 分類(lèi)號(hào): H01L31/108;H01L31/0224;H01L31/18
• 代理公司: 安徽省合肥新安專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 34101
• 代理人: 盧敏

本發(fā)明公開(kāi)了一種寬探測(cè)波段雙重等離子工作光電探測(cè)器及其制備方法，其是采用電子束及退火技術(shù)在n?型硅片的上表面制備雙層金納米顆粒，兩層金納米顆粒之間利用單層石墨烯進(jìn)行分隔。本發(fā)明的雙重等離子光電探測(cè)器，采用雙層金納米顆粒產(chǎn)生強(qiáng)的雙重等離子體共振效應(yīng)，同時(shí)在平面硅肖特基光電探測(cè)器中引入金納米顆粒/石墨烯/金納米顆粒混合電極，混合電極的特殊結(jié)構(gòu)保證了熱電子的有效傳輸，通過(guò)雙重等離子體共振電極，拓寬探測(cè)器的光電探測(cè)波長(zhǎng)范圍，最終的有效探測(cè)波長(zhǎng)范圍為360?1330nm，其可在紫外?可見(jiàn)?近紅外工作。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光電探測(cè)器，更具體地說(shuō)是涉及一種寬探測(cè)波段雙重等離子工作光電探測(cè)器及其制備方法。

背景技術(shù)

光電探測(cè)器件可以將感應(yīng)到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，具有重要的軍用價(jià)值和廣闊的民用市場(chǎng)。光電探測(cè)器的種類(lèi)有很多，其中硅基光電探測(cè)器以其成熟的工藝和優(yōu)異的性能在遙感成像、天文學(xué)、農(nóng)業(yè)、制藥、環(huán)境監(jiān)測(cè)和導(dǎo)航設(shè)備等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用價(jià)值。但是近年來(lái)，隨著光電探測(cè)器的需求市場(chǎng)越來(lái)越大，人們對(duì)于它的性能要求也是越來(lái)越嚴(yán)格。從半導(dǎo)體材料到器件結(jié)構(gòu)的選擇，光電探測(cè)器都面臨著新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

有研究者開(kāi)始將金屬納米顆粒的局域等離子體共振效應(yīng)與光電探測(cè)器相結(jié)合，表面等離子體共振是在金屬和電介質(zhì)界面處入射光場(chǎng)在適當(dāng)?shù)臈l件(能量與動(dòng)量匹配)下引發(fā)金屬表面的自由電子相干振蕩的一種物理現(xiàn)象。它能夠有效地提升器件吸收光子的能力，加快熱電子的注入，改善器件響應(yīng)速度、探測(cè)率和靈敏度。但目前應(yīng)用于光電探測(cè)器中的等離子共振結(jié)構(gòu)多為單層，這就大大限制了器件的可提升空間。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供了一種寬探測(cè)波段雙重等離子工作光電探測(cè)器及其制備方法，旨在通過(guò)雙層金納米顆粒等離子體共振結(jié)構(gòu)與Si肖特基光電探測(cè)器相結(jié)合，并利用石墨烯的超薄厚度使得上下兩層金納米顆粒之間產(chǎn)生較強(qiáng)的表面等離子體共振效應(yīng)，從而更好的吸收光子能量。

本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明公開(kāi)了一種寬探測(cè)波段雙重等離子工作光電探測(cè)器，其特點(diǎn)在于：所述寬探測(cè)波段雙重等離子光電探測(cè)器是以n-型硅片為襯底；在所述襯底的上表面形成有第一層金納米顆粒層，在所述第一層金納米顆粒層上轉(zhuǎn)移有一層石墨烯層，在所述石墨烯層上形成有第二層金納米顆粒層，使得兩層金納米顆粒層之間通過(guò)石墨烯層隔開(kāi)；在所述第二層金納米顆粒層上設(shè)置有頂電極；在所述襯底的下表面設(shè)置有底電極。

具體的，所述第一層金納米顆粒層與所述第二層金納米顆粒層皆是由均勻分布的金納米顆粒構(gòu)成。

具體的，所述頂電極和所述底電極皆為通過(guò)涂抹銀漿而形成的銀電極。

上述寬探測(cè)波段雙重等離子光電探測(cè)器的制備方法，包括如下步驟：

a、將n-型硅片依次使用丙酮、酒精、去離子水進(jìn)行超聲清洗，然后使用氮?dú)獯蹈桑鳛橐r底備用；

b、將襯底放入到電子束沉積腔室中，在襯底上表面蒸鍍5nm金薄膜，然后冷卻至室溫，取出并放入快速退火爐中，在氬氣環(huán)境中500℃退火30分鐘，使金薄膜退火成為由金納米顆粒均勻分布構(gòu)成的第一層金納米顆粒層；

c、在第一層金納米顆粒層轉(zhuǎn)移一層石墨烯，然后在60℃下烘烤5min以增強(qiáng)石墨烯的粘附性；

d、將襯底再次放入到電子束沉積腔室中，在石墨烯層上蒸鍍5nm的金薄膜，然后冷卻至室溫，取出并放入快速退火爐中，在氬氣環(huán)境中250℃退火30分鐘，使金薄膜退火成為由金納米顆粒均勻分布構(gòu)成的第二層金納米顆粒層；

e、利用銀漿分別從襯底的下表面和第二層金納米顆粒層的頂部引出底電極和頂電極，即完成寬探測(cè)波段雙重等離子光電探測(cè)器的制備。

與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：