[發明專利]基于等離激元熱電子多層圖案化光電轉換器件及制備方法

有效

• 申請號: 201811207442.8
• 申請日: 2018-10-17
• 公開（公告）號: CN109449237B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 王琦龍;計吉燾;翟雨生
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01L31/07
• 分類號: H01L31/07;H01L31/0445;H01L31/18
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 張偉

1.一種基于等離激元熱電子的多層圖案化光電轉換器件，其特征在于：包括絕緣襯底、由金屬層、半導體層交替疊加構成多層金屬-半導體復合結構，所述多層金屬-半導體復合結構的層數為3、5、7或者9層；所述半導體層材料的禁帶寬度大于入射光的光子能量；在多層金屬-半導體復合結構的一端設置有金屬電極Ⅰ另一端設置有半導體層Ⅰ，在半導體層Ⅰ的邊緣及上表面制備金屬電極Ⅱ，其中金屬電極Ⅱ與多層金屬-半導體復合結構中的金屬層相隔離，在所述的多層金屬-半導體復合結構上設置有刻蝕的圖案，所述的圖案為貫穿所述多層金屬-半導體復合結構的周期性圖案;當入射光為可見光時，多層金屬-半導體復合結構中半導體層的材料為氧化鋅、氧化銦鎵鋅或二氧化鈦，用于寬禁帶半導體的可見光光催化；當入射光為紅外光時，多層金屬-半導體復合結構中半導體層的材料為硅，實現硅基的近紅外光電轉換；所述多層金屬-半導體復合結構中半導體層的厚度為20-100nm。

2.根據權利要求1所述的基于等離激元熱電子的多層圖案化光電轉換器件，其特征在于：所述的圖案為周期性方形孔陣列、周期性圓形孔陣列、周期性Z字型結構、周期性直角孔陣列。

3.根據權利要求1所述的基于等離激元熱電子的多層圖案化光電轉換器件，其特征在于：所述多層金屬-半導體復合結構中的金屬層的材料為金、銀或銅，且同一多層金屬-半導體復合結構中金屬層材料相同；所述金屬層的厚度為20-50nm。

4.根據權利要求1所述的基于等離激元熱電子的多層圖案化光電轉換器件，其特征在于：所述多層金屬-半導體復合結構中金屬層與半導體層形成肖特基接觸；所述金屬電極Ⅱ與半導體層Ⅰ形成歐姆接觸。

5.根據權利要求1所述的基于等離激元熱電子的多層圖案化光電轉換器件，其特征在于：所述金屬電極Ⅱ的材料為鋁。

6.一種基于等離激元熱電子的多層圖案化光電轉換器件的其制備方法，其特征在于：包括依次進行的如下步驟：

a.在絕緣襯底上表面，利用物理掩膜方法和薄膜制備工藝制備金屬層；

b.利用物理掩膜方法和薄膜制備工藝，在金屬層上制備半導體層，并與金屬層形成錯位；

c.重復步驟a、b，依次制備金屬層、半導體層、金屬層，形成多層金屬-半導體復合結構，并在復合層的一端形成金屬電極Ⅰ另一端形成半導體層Ⅰ；

d.利用物理掩膜方法和薄膜制備工藝，在半導體層Ⅰ的邊緣及上表面制備金屬電極Ⅱ，并與多層金屬-半導體復合結構中的金屬層相隔離；

e.利用聚焦離子束刻蝕或電子束曝光工藝對多層金屬-半導體復合結構進行圖案化刻蝕，制備多層圖案化結構，所述的多層圖案化結構為貫穿所述多層金屬-半導體復合結構的周期性圖案化結構。