[發明專利]一種光電探測器及其制備方法

有效

• 申請號: 202010944541.5
• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN112038442B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 王幸福;朱玉
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: H01L31/108
• 分類號: H01L31/108;H01L31/0352;H01L31/18
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 杜陽陽

1.一種光電探測器，其特征在于，包括：

襯底，正面拋光；

金屬納米顆粒層，通過對金屬薄膜層快速退火處理得到；先在所述襯底的正面沉積一層所述金屬薄膜層，所述金屬薄膜層完全覆蓋所述襯底的正面；所述金屬薄膜層在設定退火條件下經快速退火處理得到所述金屬納米顆粒層；所述金屬納米顆粒層包括多個間隔排布的金屬納米顆粒；通過改變所述退火條件，實現所述光電探測器對入射光波長的可調諧；

所述退火條件包括退火溫度、退火時間和退火氣體氛圍；所述退火氣體氛圍為氫氣、氦氣和氬氣中的任意一種；

氧化鋅籽晶層，沉積于多個所述金屬納米顆粒上；所述氧化鋅籽晶層的厚度大于或者等于金屬納米顆粒的直徑，當氧化鋅籽晶層覆蓋于金屬納米顆粒上表面后，金屬納米顆粒不露出于氧化鋅籽晶層的上表面；

氧化鋅納米線陣列，為在所述氧化鋅籽晶層上于生長溶液中生長所得；將依次沉積有氧化鋅籽晶層和金屬納米顆粒層的所述襯底倒置放入生長溶液中，所述氧化鋅籽晶層倒置垂直生長出氧化鋅納米線陣列；

所述氧化鋅納米線陣列與所述氧化鋅籽晶層直接接觸的面為所述氧化鋅納米線陣列的下表面，與其相對的另一面為所述氧化鋅納米線陣列的上表面；

絕緣材料，填充于所述氧化鋅納米線陣列的間隙中；所述絕緣材料的厚度小于所述氧化鋅納米線陣列的上表面和下表面之間的距離；

第一金屬電極，沉積并完全覆蓋于所述氧化鋅納米線陣列的上表面；

第二金屬電極，位于與所述襯底的正面相對的襯底的背面。

2.根據權利要求1所述的光電探測器，其特征在于，所述襯底為P型硅片，所述硅片的電阻率為1~40Ω·cm，厚度為725μm，晶向為111。

3.根據權利要求1所述的光電探測器，其特征在于，采用濺射法沉積所述金屬薄膜層和所述氧化鋅籽晶層。

4.根據權利要求1所述的光電探測器，其特征在于，采用水熱法在所述氧化鋅籽晶層的表面生長出所述氧化鋅納米線陣列。

5.根據權利要求1所述的光電探測器，其特征在于，采用等離子體刻蝕方法刻蝕所述絕緣材料的上表面，使所述絕緣材料的厚度小于所述氧化鋅納米線陣列的上表面與下表面之間的距離。

6.根據權利要求1所述的光電探測器，其特征在于，采用旋涂法、蒸鍍法、濺射法的其中一種，將所述絕緣材料填充于所述氧化鋅納米線陣列的間隙中。

7.根據權利要求1所述的光電探測器，其特征在于，所述第二金屬電極的面積為所述襯底背面的面積的25%-80%。

8.一種光電探測器的制備方法，其特征在于，包括：

將襯底的正面拋光，在所述襯底的正面沉積一層金屬薄膜層，所述金屬薄膜層將所述襯底的正面完全覆蓋；在設定退火條件下，對所述金屬薄膜層做快速退火處理得到完全覆蓋于所述襯底正面的金屬納米顆粒層；所述金屬納米顆粒層包括多個間隔排布的金屬納米顆粒；

所述設定退火條件包括退火溫度、退火時間和退火氣體氛圍；所述退火氣體氛圍為氫氣、氦氣和氬氣中的任意一種；

在多個金屬納米顆粒上沉積一層氧化鋅籽晶層；所述氧化鋅籽晶層的厚度大于或者等于金屬納米顆粒的直徑，當氧化鋅籽晶層覆蓋于金屬納米顆粒上表面后，金屬納米顆粒不露出于氧化鋅籽晶層的上表面；將依次沉積有金屬納米顆粒層和氧化鋅籽晶層的襯底倒置放入生長溶液中，所述氧化鋅籽晶層倒置垂直生長出氧化鋅納米線陣列；

將生長出氧化鋅納米線陣列的結構正放，將絕緣材料填充于氧化鋅納米線陣列的間隙中，減小絕緣材料的厚度，使氧化鋅納米線陣列的上表面高于絕緣材料的上表面；

將第一金屬電極沉積并完全覆蓋于氧化鋅納米線陣列的上表面；將第二金屬電極沉積于襯底的背面，第二金屬電極的面積小于襯底背面的面積；光電探測器制備完成；

改變退火條件，使通過金屬薄膜層得到的金屬納米顆粒層的性質改變；入射光照射光電探測器時，金屬納米顆粒層性質的改變，使光電探測器對入射光波長的吸收能力改變；同時，金屬納米顆粒層性質的改變，使每個氧化鋅納米線內部由電子和空穴形成的內建電場分布改變，電子空穴對的分離速率改變，進而光電探測器的光照響應速度改變。