[發明專利]一種窄帶光電探測器及其制備方法

在審

• 申請號: 201910575835.2
• 申請日: 2019-06-28
• 公開（公告）號: CN110391314A
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發明（設計）人: 龍擁兵;梁文躍;肖政;鐘錦耀;徐海濤;鄧海東;陳童
• 申請（專利權）人: 華南農業大學
• 主分類號: H01L31/108
• 分類號: H01L31/108;H01L31/0232;H01L31/18;G01J1/42
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所 44329
• 代理人: 江金城

本發明公開了一種窄帶光電探測器及其制備方法，包括基底、第一一維光子晶體、第一空間層薄膜、第一金屬層薄膜、第一半導體層薄膜、第二金屬層薄膜、第二空間層薄膜和第二一維光子晶體。制備方法如下：在基底表面濺射兩種材料制得第一一維光子晶體；在第一一維光子晶體表面濺射介質材料制得第一空間層薄膜；在第一空間層薄膜表面蒸鍍金屬材料制得第一金屬層薄膜；在第一金屬層薄膜表面濺射半導體材料制得第一半導體層薄膜，再在其上表面蒸鍍金屬材料，制得第一金屬層薄膜；在第二金屬層薄膜表面濺射介質材料制得第二空間層薄膜，在第二空間層薄膜表面濺射兩種材料制得第二一維光子晶體。本發明還具有光電響應波長可調、響應帶寬窄等優點。

技術領域

本發明涉及光電探測技術領域，尤其涉及一種窄帶光電探測器及其制備方法。

背景技術

光電探測器能被廣泛應用于軍事和國民經濟的各個領域，是光通信、光信息處理的核心元件之一，因而成為國內外研究的重要課題。傳統的基于半導體材料的光電探測器通常受到材料禁帶的限制，只能探測能量大于禁帶的光子。針對這一問題，研究工作者提出了一種基于金屬納米結構的熱電子光電探測器。該類器件利用金屬納米結構的表面等離激元產生大量熱電子，這些熱電子能夠發射到半導體或者隧穿氧化物絕緣體形成光電流，可用于光探測。該類器件的工作波長不受半導體禁帶的限制，可用于探測能量低于半導體禁帶的可見光和近紅外光，因而成為國內外研究的前沿熱點課題。

在目前研究的各類熱電子器件中，金屬-絕緣體-金屬結構(Metal-Insulator-Metal,MIM)、金屬-半導體-金屬結構(Metal-Semiconductor-Metal,MSM)具有結構簡單、可制成平面結構等優點而成為國內外研究關注的重點之一。目前，研究工作主要集中在設計不同的光學結構，以提高器件的凈光學吸收(即：兩金屬薄膜的光學吸收之差)，進而提高響應度。例如，F.Wang等人采用棱鏡激發表面等離激元來提高MIM熱電子器件的凈光學吸收，獲得15nA/W的響應度；H.Chalabi等人制備了基于Au納米光柵/Al₂O₃/Au的熱電子光電探測器，利用光柵激發表面等離激元以提高器件的凈光學吸收，將響應度提高至80nA/W。然而，與實用化的半導體光電探測器的響應度相比，上述器件的響應度仍然很低。基于上述原因，X.Li將光學Tamm等離極化激元(Tamm Plasmon Polaritons,TPP)引入到MSM熱電子光電子探測器。將TPP與MSM相結合，構建了基于TPP的MSM熱電子光電探測器。TPP仍不能很好地解決MSM結構中內部量子效率和凈光學吸收之間沒有同時優化這一問題：利用TPP獲得較高的凈光學吸收時，Au薄膜必須保持較厚的厚度，這降低了MSM結構的內部量子效率，導致器件在零偏壓條件下的最優響應度仍相對較低，僅為13.7μA/W。

因此，現有技術需要進一步改進和完善。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種窄帶光電探測器。

本發明的另一目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于上述光電探測器的制備方法。

本發明的目的通過下述技術方案實現：

一種窄光譜響應的熱電子光電探測器，該熱電子光電探測器主要包括基底、以及自下而上依次固定設置在基底上的第一一維光子晶體、第一空間層薄膜、第一金屬層薄膜、第一半導體層薄膜、第二金屬層薄膜、第二空間層薄膜和第二一維光子晶體。所述的第一金屬層薄膜和第二金屬層薄膜上設有分別固定設有第一電極和第二電極。第一一維光子晶體和第二光子晶體具有不同禁帶中心波長，通過分別調控第一一維光子晶體和第二一維光子晶體的結構參數，可以控制第一一維光子晶體和第二一維光子的禁帶中心波長，和第一空間層薄膜和第二空間層薄膜的厚度來控制雙Tamm耦合模式的波長，進而調控窄帶寬光電探測器的吸收率光譜，即可實現對光電探測器響應度、響應波長和帶寬的調控和優化。

作為本發明的優選方案，所述第一一維光子晶體和第二一維光子晶體均由薄膜介質周期性排列而成。