[發(fā)明專利]一種基于GaN極化場(chǎng)的位置傳感器、制備方法及檢測(cè)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911024038.1
• 申請(qǐng)日: 2019-10-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110797461A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-02-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡來(lái)歸;葉懷宇;張國(guó)旗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳第三代半導(dǎo)體研究院
• 主分類號(hào): H01L51/42
• 分類號(hào): H01L51/42;H01L51/48;G01B11/00
• 代理公司: 11226 北京中知法苑知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 閻冬

本發(fā)明提供一種基于GaN極化場(chǎng)的位置傳感器，包括一維條狀結(jié)構(gòu)GaN基片、位于所述GaN基片Ga面兩端部的電極、位于所述GaN基片Ga面上的CuPc有機(jī)半導(dǎo)體層和透明電極；所述兩端的電極之間形成溝道，所述GaN基片的Ga面與CuPc有機(jī)半導(dǎo)體層界面形成極化電場(chǎng)；所述金屬電極與CuPc有機(jī)半導(dǎo)體層和透明電極不接觸。與傳統(tǒng)的利用PN結(jié)或肖特基的內(nèi)場(chǎng)電場(chǎng)來(lái)驅(qū)動(dòng)光電位置傳感器不同，這里采用GaN自發(fā)極化產(chǎn)生的極化電場(chǎng)來(lái)驅(qū)動(dòng)光電位置傳感器工作，該電場(chǎng)更大且更穩(wěn)定，同時(shí)，利用有機(jī)半導(dǎo)體作為光敏層，制備工藝簡(jiǎn)單，成本更低，結(jié)合GaN自發(fā)極化，可使有機(jī)半導(dǎo)體內(nèi)的光電轉(zhuǎn)換效率更高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電位置傳感器領(lǐng)域，具體是一種基于GaN極化場(chǎng)的位置傳感器、制備方法及檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

由于內(nèi)光電效應(yīng)的光斑位置傳感器可連續(xù)跟蹤檢測(cè)光斑位置且不存在盲區(qū)，因此在工業(yè)、軍事等領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用，例如原子力顯微鏡中的懸臂位移檢測(cè)、機(jī)器視覺(jué)、機(jī)械準(zhǔn)直等高精密測(cè)量。

由分離的單元構(gòu)成的陣列圖像傳感器也可用于位置傳感，但需要對(duì)每個(gè)陣列單元引出電極，導(dǎo)致電路相當(dāng)復(fù)雜，同時(shí)，當(dāng)光斑落在每個(gè)單元間的間隙時(shí)，導(dǎo)致該類位移傳感器失效，形成盲區(qū)。而現(xiàn)有的商業(yè)化硅基光電位置傳感器可看成單一器件，電路簡(jiǎn)單，使得相應(yīng)的制備工藝和成本大幅下降；同時(shí)，單個(gè)器件意味著連續(xù)性，使之對(duì)光斑的跟蹤具備連續(xù)性；另外，光電位置傳感器對(duì)光斑的面積不敏感，只對(duì)其能量中心敏感，具有更好的靈敏度，使該器件可用于時(shí)實(shí)跟蹤固定目標(biāo)。

目前的位置傳感器主要基于器件的橫向光電效應(yīng)，即器件在光照下產(chǎn)生的激子，受器件垂直方向的電場(chǎng)作用下，光生電子-空穴對(duì)實(shí)現(xiàn)分離，并分別向器件頂部與底部運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致水平方向光照區(qū)與非光照區(qū)產(chǎn)生存在著非平衡載流子的不均勻，使光生載流子向周圍擴(kuò)散，由頂部或底部的電極收集相應(yīng)的電子或空穴，由于光照位置與各電極的距離不一樣，之間的電阻也不同，使各電極收集的電流與光斑位置存在關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)對(duì)光斑位置的檢測(cè)。

目前相關(guān)的研究發(fā)現(xiàn)，使用二維材料和有機(jī)材料，也可以實(shí)現(xiàn)光斑位置傳感，但與商用的硅基器件一樣，其原理基于器件內(nèi)部PN結(jié)或肖特基產(chǎn)生的電場(chǎng)，器件的制備需要構(gòu)建多層結(jié)構(gòu)，因此，相應(yīng)的器件制備需較多的步驟，也導(dǎo)致商用器件的成本較高，其內(nèi)建電場(chǎng)較小導(dǎo)致光電轉(zhuǎn)換效率不高，特別是有機(jī)半導(dǎo)體材料，其激子的束縛能可達(dá)1eV，需要非常大的電場(chǎng)(50-70MV/m)。而以GaN為代表的極性半導(dǎo)體卻可以產(chǎn)生非常強(qiáng)的垂直于表面的電場(chǎng)，這對(duì)光電位置傳感器有著非常重要的應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于GaN極化場(chǎng)的位置傳感器，包括一維條狀結(jié)構(gòu)GaN基片、位于所述GaN基片Ga面兩端部的電極、位于所述GaN基片Ga面上的CuPc有機(jī)半導(dǎo)體層和透明電極；所述金屬電極與CuPc有機(jī)半導(dǎo)體層和透明電極不接觸，所述GaN基片的Ga面與CuPc有機(jī)半導(dǎo)體層界面形成極化電場(chǎng)以使得光斑照射時(shí)兩端部的金屬電極形成不同的橫向電流。

優(yōu)選的，所述基片長(zhǎng)度為20-40mm，寬度為1-5mm。

優(yōu)選的，所述兩端部的電極與所述CuPc有機(jī)半導(dǎo)體層間距為1-3mm。

優(yōu)選的，所述兩端部的電極間距為20-30mm，寬度為1-5mm。

優(yōu)選的，所述CuPc有機(jī)半導(dǎo)體層長(zhǎng)度L為15-20mm，厚度為80-120mm。

由于Ga面GaN具備非常大的自發(fā)極化并產(chǎn)生很大的極化電場(chǎng)，利用這一電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)提升垂直方向有機(jī)半導(dǎo)體內(nèi)部光生激子的分離，繼而產(chǎn)生與激光光斑位置相關(guān)的橫向光電響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)處于敏感波長(zhǎng)的光斑位置的檢測(cè)與連續(xù)監(jiān)控，由于有機(jī)光敏半導(dǎo)體材料容易制備，可大面積制備、吸收系數(shù)高、柔性可彎曲特性等，有利于實(shí)現(xiàn)低成本大面積制備位置傳感器，而GaN極化電場(chǎng)的引入可進(jìn)一步簡(jiǎn)化器件結(jié)構(gòu)，提升有機(jī)光電轉(zhuǎn)換效率。