[發明專利]基于Si錐/CuO異質結的自驅動光電探測器及其制備方法

有效

• 申請號: 202010156794.6
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111354804B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發明（設計）人: 陳士榮;李心賀;丁宇嵩;王博;趙妍;吳春艷
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H01L31/0224
• 分類號: H01L31/0224;H01L31/0236;H01L31/0352;H01L31/028;H01L31/032;H01L31/109;H01L31/18
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 盧敏

1.基于Si錐/CuO異質結的自驅動光電探測器，其特征在于：以上表面帶有絕緣層(2)的平面硅(1)作為基底；在所述基底的中間區域通過刻蝕去掉上部絕緣層并裸露出平面硅，形成探測器窗口；將所述探測器窗口內的硅刻蝕為硅錐陣列(3)；在所述基底上通過磁控濺射沉積CuO薄膜(4)，所述CuO薄膜(4)完全覆蓋探測器窗口，且與探測器窗口內的硅錐陣列(3)構成Si錐/CuO異質結；在所述基底上轉移石墨烯(5)作為透明頂電極，所述石墨烯完全覆蓋所述CuO薄膜；在位于非探測器窗口上方的石墨烯上沉積與石墨烯形成歐姆接觸的第一金屬薄膜電極(6)，在平面硅(1)的背面刷涂或真空蒸鍍與平面硅形成歐姆接觸的第二金屬薄膜電極(7)，從而構成基于Si錐/CuO異質結的自驅動光電探測器；

所述CuO薄膜為單斜晶系，通過磁控直流反應濺射法制備，制備條件為：濺射前預抽本底真空度至3×10^-4Pa以下；工作氣體為純度不低于99.99％的氬氣和純度不低于99.99％的氧氣，氬氣和氧氣的氣體流量分別為30sccm和15sccm；濺射功率為90W；濺射工作氣壓為1Pa，靶材與樣品襯底間的距離為5cm，濺射時間為60-300s。

2.根據權利要求1所述的自驅動光電探測器，其特征在于：所述平面硅(1)導電類型為n型，電阻率為1-10Ω·cm；所述絕緣層(2)為SiO₂、Si₃N₄、Ta₂O₅、HfO₂或Al₂O₃層，所述絕緣層的厚度為100-500nm、電阻率≥1×10³Ω·cm。

3.根據權利要求1所述的自驅動光電探測器，其特征在于：所述探測器窗口通過掩膜保護和刻蝕技術形成，邊緣距離第一金屬薄膜電極的最小距離≥1μm。

4.根據權利要求1所述的自驅動光電探測器，其特征在于：所述石墨烯(5 )為通過化學氣相沉積法獲得的單層或雙層石墨烯，遷移率為1000-15000cm²V^-1s^-1，通過PMMA輔助的濕法轉移技術轉移至基底上方。

5.根據權利要求1所述的自驅動光電探測器，其特征在于：所述第一金屬薄膜電極(6)為Au電極、Ag電極、Ti/Au復合電極、Cr/Au復合電極、Ni/Au復合電極或Pt電極；

所述Au電極、Ag電極、Pt電極的厚度為30-100nm；

所述Ti/Au復合電極、Cr/Au復合電極、Ni/Au復合電極是分別在厚度5-10nm的Ti、Cr、Ni電極上繼續沉積30-100nm的Au電極。

6.根據權利要求1所述的自驅動光電探測器，其特征在于：所述第二金屬薄膜電極(7)為In/Ga合金電極或Ag電極，通過刷涂或真空蒸鍍的方式形成，厚度為30-100nm。

7.一種權利要求1-6中任意一項所述自驅動光電探測器的制作方法，其特征在于，包括如下步驟：

s1、將帶有絕緣層的平面硅依次用丙酮、酒精、去離子水超聲清洗后，吹干備用；

s2、通過掩膜和刻蝕技術，在基底的中間區域通過刻蝕去掉上部絕緣層并裸露出平面硅，形成探測器窗口；

s3、將5gNAOH溶于5mL異丙醇與95mL去離子水的混合溶劑中，形成硅錐刻蝕液；將刻蝕好探測器窗口的基底放入硅錐刻蝕液中，在加熱臺上以80℃恒溫加熱40分鐘，使探測器窗口內的平面硅刻蝕成硅錐陣列；刻蝕完成后依次用丙酮、酒精、去離子水超聲清洗，吹干備用；

s4、通過磁控直流反應濺射，在所述基底上濺射沉積CuO薄膜，所述CuO薄膜完全覆蓋探測器窗口，所述CuO薄膜與探測器窗口內的硅錐陣列構成Si錐/CuO異質結；濺射條件為：濺射前預抽本底真空度至氣壓低于3×10^-4Pa；工作氣體為純度不低于99.99％的氬氣和純度不低于99.99％的氧氣，氬氣和氧氣的氣體流量分別為30sccm和15sccm；濺射功率為90W；濺射工作氣壓為1Pa，靶材與樣品襯底間的距離為5cm，濺射時間為60-300s；

s5、將石墨烯轉移至基底上方作為透明頂電極，所述石墨烯完全覆蓋所述CuO薄膜；

s6、使用真空沉積技術或刷涂導電膠的方式，在位于非探測器窗口上方的石墨烯上沉積第一金屬薄膜電極；對平面硅的背面打磨后，刷涂一層導電膠作為第二金屬薄膜電極，即獲得基于Si錐/CuO異質結的自驅動光電探測器。