[發明專利]金/二氧化鈦肖特基結的熱電子光電探測器及其制備方法

在審

• 申請號: 201911072057.1
• 申請日: 2019-11-05
• 公開（公告）號: CN110797423A
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發明（設計）人: 崔艷霞;邱開放;王文艷;翟愛平;張葉;李國輝;冀婷;郝玉英
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/108;H01L31/18
• 代理公司: 14101 太原市科瑞達專利代理有限公司
• 代理人: 李富元

本發明涉及光電探測器制作領域，一種制作金/二氧化鈦肖特基結的熱電子光電探測器的方法，將摻氟氧化銦錫(FTO)導電玻璃作為襯底；利用正對濺射的方法在摻氟氧化銦錫導電玻璃襯底一側表面沉積二氧化鈦層，利用正對濺射的方法在二氧化鈦表面沉積金膜；放入馬弗爐中進行退火處理；利用正對濺射的方法在退火處理后的附有二氧化鈦層和金顆粒的摻氟氧化銦錫導電玻璃表面沉積金。通過激發保形金屬納米結構的表面等離激元效應以增強器件對入射光的吸收效率和實現響應光譜的拓寬，進而獲得高性能的寬光譜光電探測器。

技術領域

本發明涉及光電探測器制作領域，具體是一種金/二氧化鈦肖特基結的熱電子光電探測器及其制作方法。

背景技術

無機光電探測器以其優異的穩定性，載流子遷移率高等優點受到了人們的廣泛關注。然而常見的無機半導體受材料限制只能探測禁帶寬度以上的光子能量，這在很大程度上限制了它們在長波段的應用。近年來，表面等離激元(SPPs)由于其獨特的光學性質，在物理，化學，光電子等領域具有廣泛的應用。它主要研究亞波長金屬納米結構獨特的光學特性及其在納米尺度對光的操控，通過改變亞波長結構的形狀，材料，分布以及所處的介電環境可以對表面等離激元的共振波長、場增強因子、場分布、輻射等特性進行有效調控，因此，基于表面等離激元的光電探測原則上不受半導體能帶限制。

而將具有高效光捕獲特性的表面等離激元效應與傳統無機半導體光電探測器件相結合，基于熱載流子發射效應，可以在半導體不吸光的波段實現對入射光的探測，能夠大幅度拓展傳統半導體光電探測器件的響應帶寬，具有重要的應用價值。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：如何在保證無機半導體器件穩定、低成本和易制備優勢的前提下，增強器件對入射光的吸收效率和實現響應光譜的拓寬。

本發明所采用的技術方案是：一種金/二氧化鈦肖特基結的熱電子光電探測器。從上至下依次為金膜、金顆粒、二氧化鈦層、摻氟氧化銦錫(FTO)層、玻璃襯底，金膜厚度為20納米，金顆粒厚度為4 納米，二氧化鈦層厚度為20 納米，摻氟氧化銦錫(FTO)層厚度為200納米。

一種制作金/二氧化鈦肖特基結的熱電子光電探測器的方法，按照如下的步驟進行：

步驟一、將摻氟氧化銦錫(FTO)導電玻璃作為襯底，依次用去離子水、無水乙醇、丙酮、異丙醇在超聲清洗機中超聲清洗各20分鐘，然后用氮氣吹干，并置于氧等離子體清洗機中清洗5分鐘，之后傳入濺射室，當壓強降到5*10^-4 帕以下時開始濺射；

步驟二、二氧化鈦層和金膜制備，利用正對濺射的方法在摻氟氧化銦錫導電玻璃襯底一側表面沉積二氧化鈦層，沉積速率為0.017 納米/秒 ± 0.002納米/秒，沉積厚度為20納米，利用正對濺射的方法在二氧化鈦表面沉積金膜，沉積速率為0.1納米/秒± 0.01納米/秒，沉積厚度為4 納米；

步驟三、金顆粒制備，將制備的附有二氧化鈦層和金膜的摻氟氧化銦錫導電玻璃放入馬弗爐中，設定溫度進行退火處理，升溫速率為3 度/分鐘，當溫度升至500度時保持3 小時，之后正常降溫至室溫。

步驟四、沉積一層金層，利用正對濺射的方法在退火處理后的附有二氧化鈦層和金顆粒的摻氟氧化銦錫導電玻璃表面沉積金，沉積速率為0.3 納米/秒 ± 0.002 納米/秒，沉積厚度為20 納米；

作為一種優選方式：步驟三中，沉積20 納米金層之前，需對之前的膜層進行500度3小時高溫退火，以使二氧化鈦結晶以及金膜轉變為金顆粒；

本發明的有益效果是：本發明通過在金顆粒表面保形濺射金膜，利用所帶來的保形結構，在保證器件穩定、低成本、易于制備優勢的前提下，通過激發保形金屬納米結構的表面等離激元效應以增強器件對入射光的吸收效率和實現響應光譜的拓寬，進而獲得高性能的寬光譜光電探測器，相對于無金顆粒的平板器件，具有保形金屬結構的肖特基探測器在375納米-850 納米寬譜范圍內可以明顯地增加光電流，從而提高器件性能。