[發(fā)明專利]基于Si錐/CuO異質(zhì)結(jié)的自驅(qū)動光電探測器及其制備方法

有效

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• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111354804B
• 公開（公告）日: 2023-02-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳士榮;李心賀;丁宇嵩;王博;趙妍;吳春艷
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)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

本發(fā)明公開了基于Si錐/CuO異質(zhì)結(jié)的自驅(qū)動光電探測器及其制備方法，是在帶有絕緣層的Si基底上刻蝕形成Si錐陣列，再通過磁控濺射在Si錐陣列的上方沉積CuO薄膜，構(gòu)建Si錐/CuO垂直結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)，然后再轉(zhuǎn)移石墨烯到CuO薄膜上方作為透明頂電極、在Si基底背面刷涂底電極，即完成光電探測器的制作。本發(fā)明以高純銅靶為靶材，利用磁控直流反應濺射，一步實現(xiàn)薄膜的沉積和異質(zhì)結(jié)器件的制備，探測器性能優(yōu)越、制備過程簡單易行，與現(xiàn)行Si基半導體工藝具有良好的兼容性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種納米光電探測器及其制備方法，具體涉及一種基于Si錐/CuO異質(zhì)結(jié)的自驅(qū)動光電探測器及其制備方法。

背景技術(shù)

光電探測器是將光信號轉(zhuǎn)化為電信號從而進行檢測的電子器件，目前在民用、醫(yī)用以及軍事、航空等領(lǐng)域都有著廣泛的應用。半導體光電探測器有光電導型、肖特基結(jié)型、pn結(jié)型，其中肖特基結(jié)型與pn結(jié)型均屬于勢壘型光電探測器。與光電導型光電探測器相比，勢壘型光電探測器工作時可以不需外加偏壓，且載流子弛豫時間較短、頻率特性較強、響應速度較快。

現(xiàn)行微電子技術(shù)仍以硅基器件為研究基礎(chǔ)，因而硅基光電探測器是發(fā)展時間最長、工藝技術(shù)最成熟的器件。隨著納米技術(shù)的發(fā)展，硅基納米光電探測器也取得了長足的進展。如Ghosh等(Appl.Phys.Lett.2007,90,243106)利用低溫水溶液的方法在p型硅上生長出排列整齊的ZnO納米線陣列，制備出ZnO納米線/硅異質(zhì)結(jié)光電探測器，其對紫外光有顯著的響應。平面硅刻蝕形成的Si納米線陣列，由于具有良好的陷光效應，有望進一步提升光電探測器的性能。如Cao等(Small.2014,10,2345)將石墨烯氧化物(GO)納米片的懸浮液簡單滴鑄在SiNW陣列頂部并隨后進行熱處理來形成RGO-SiNW陣列異質(zhì)結(jié)，對紅外光有極強的響應，可用作人體紅外輻射的檢測。

氧化銅(CuO)是窄帶隙(1.35eV)的p型半導體材料，因其具有高理論容量、安全性、環(huán)境友好性、化學耐久性和耐輻射性等特性，一直受到科研工作者的關(guān)注，在近紅外光電探測領(lǐng)域的應用也有報導。Chang等(Sens.And.Actu.A.2011,171,207-211)報道發(fā)現(xiàn)在銅線上的高密度氧化銅納米線對近紅外光有很高的響應度。Hong等(ACS.Appl.Mate..Inte.2014,6,20887-20894)通過涂覆一層p-氧化銅(CuO)納米薄片的n-硅納米線(n-SiNW)陣列制備了一種新型自供電寬帶光電探測器，可用作可見光和近紅外光電探測器。但是，通過旋涂的方式構(gòu)建的Si基陣列異質(zhì)結(jié)，異質(zhì)結(jié)界面覆蓋的均勻性、異質(zhì)結(jié)質(zhì)量等仍需顯著提升。

發(fā)明內(nèi)容

在現(xiàn)有技術(shù)存在的基礎(chǔ)之上，本發(fā)明構(gòu)建了基于Si錐/CuO異質(zhì)結(jié)的自驅(qū)動光電探器，在制備器件的過程中，需要解決的技術(shù)問題包括：以液相刻蝕的Si錐為基礎(chǔ)，通過磁控直流反應濺射沉積p型半導體材料CuO薄膜，構(gòu)建良好的Si錐/CuO核殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)，探討其作為自驅(qū)動光電探測器的應用。

本發(fā)明解決技術(shù)問題，采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明首先公開了基于Si錐/CuO異質(zhì)結(jié)的自驅(qū)動光電探測器，其特點于：以上表面帶有絕緣層的平面硅作為基底；在所述基底的中間區(qū)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(nèi)的硅刻蝕為硅錐陣列；在所述基底上通過磁控濺射沉積CuO薄膜，所述CuO薄膜完全覆蓋探測器窗口，且與探測器窗口內(nèi)的硅錐陣列構(gòu)成Si錐/CuO異質(zhì)結(jié)；在所述基底上轉(zhuǎn)移石墨烯作為透明頂電極，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，在平面硅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，從而構(gòu)成基于Si錐/CuO異質(zhì)結(jié)的自驅(qū)動光電探測器。