[發(fā)明專利]基于BP材料的光電探測器及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811546472.1
• 申請日: 2018-12-18
• 公開（公告）號: CN109786483A
• 公開（公告）日: 2019-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉艷;黃炎;闞楊若穎
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01L31/0304
• 分類號: H01L31/0304;H01L31/09
• 代理公司: 西安文盛專利代理有限公司 61100
• 代理人: 佘文英

1.基于BP材料的光電探測器，其特征在于：所述光電探測器是基于納米級等離子體光柵結(jié)構(gòu)的20層黑磷光電探測器，包括襯底層(4)、鈍化層(3)、吸收層(2)及LSPR效應(yīng)層(1)；LSPR效應(yīng)層(1)、吸收層(2)和鈍化層(3)在襯底層上依次由上至下豎直分布，從而形成由上而下的多層結(jié)構(gòu)；其中LSPR層(1)采用金屬Al材料、吸收層(2)采用二維黑磷材料、鈍化層(3)采用二氧化硅材料，襯底層(4)采用Si材料，器件的源漏采用金，從而在光學(xué)吸收層Al與黑磷界面形成強烈的LSPR效應(yīng)。

2.如權(quán)利要求1所述的基于BP材料的光電探測器，其特征在于：所述光電探測器的制備方法，包括如下步驟：

1)利用等離子增強化學(xué)氣相淀積工藝，在Si襯底層(4)上生長SiO₂材料，形成鈍化層(3)，厚度為200nm；

2)利用化學(xué)氣相淀積工藝，在SiO₂鈍化層(3)上生長BP材料，形成吸收層(2)，BP的厚度為11.5nm；

3)利用等離子體增強原子層淀積工藝，在BP吸收層(2)上生長Al材料，形成頂部LSPR效應(yīng)層(1)；

4)利用刻蝕工藝，將頂部LSPR效應(yīng)層(1)進行刻蝕，形成周期性圖案分布的條狀層；

5)利用真空蒸鍍金屬薄膜工藝，在黑磷及吸收層(2)旁淀積金材料，形成源漏。

3.如權(quán)利要求2所述的基于BP材料的光電探測器，其特征在于：所述步驟2)的化學(xué)氣相淀積工藝，以紅磷作為蒸發(fā)源，錫(Sn)和四碘化錫(SnI₄)作為礦化劑，在壓力維持在27.2個大氣壓條件下，生長BP材料。

4.如權(quán)利要求2所述的基于BP材料的光電探測器，其特征在于：所述步驟3)的等離體增強原子層淀積工藝，以金屬Al蒸汽作為前驅(qū)物，等離子體活化氫作為還原劑，純度為99.999％的氫氣與純度99.999％氦氣混合來保證等離子點火；淀積過程中，壓力和溫度分別在5-8毫巴和120-150攝氏度之間，等離子體通過13.56MHz的射頻功率來形成；在上述條件下，生長一層金屬Al材料。

5.如權(quán)利要求2所述的基于BP材料的光電探測器，其特征在于：所述步驟4)的刻蝕工藝，以Fe³⁺作為刻蝕劑，結(jié)合S₂O₃^2-與Cl，在掩模版的掩蔽下，對頂部LSPR效應(yīng)層(1)進行周刻蝕，形成周期性圖案排列的條狀層。

6.如權(quán)利要求1、2所述的基于BP材料的光電探測器，其特征在于：BP光電探測器在9.8μm處顯示出60.94A/W的響應(yīng)度，其截止波長可以擴展到中紅外范圍，在1V的源-漏極偏壓下實現(xiàn)了較低的暗電流。

7.如權(quán)利要求1、2所述的基于BP材料的光電探測器，其特征在于：BP光電探測器的場效應(yīng)遷移率為206cm²V^-1s^-1，高于報道的黑磷光電晶體管。

8.如權(quán)利要求1、2所述的基于BP材料的光電探測器，其特征在于：在可見光范圍內(nèi)，具有納米級等離子體光柵結(jié)構(gòu)的BP光電探測器的響應(yīng)性隨著波長的增加而緩慢增加，然后在達到峰值后逐漸減小，當波長為9.8μm時，響應(yīng)度高達60.94A/W.對于整個電信窗口，BP光電探測器的響應(yīng)度比Ge或GeSn光電探測器的響應(yīng)度高兩個級別。

9.如權(quán)利要求1、2所述的基于BP材料的光電探測器，其特征在于：當波長為6.5μm時，BP光電探測器吸收系數(shù)可達到3241cm^-1的峰值；考慮到截止波長，對于20層BP，截止波長為13μm；20層BP的截止波長紅移，可進一步擴展到遠紅外線(FIR)波段范圍。

10.如權(quán)利要求1、2所述的基于BP材料的光電探測器，其特征在于：當光柵寬度為160nm時，BP光電探測器獲得最大吸收峰；當光柵高度為5nm時，BP光電探測器電場強度可達到最大值。