[發(fā)明專利]一種光電探測器及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010944541.5
• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN112038442B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王幸福;朱玉
• 申請（專利權(quán)）人: 華南師范大學(xué)
• 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(wù)所 11569
• 代理人: 杜陽陽

本發(fā)明提供了一種光電探測器及其制備方法，涉及光電探測器技術(shù)領(lǐng)域。光電探測器包括襯底、由金屬薄膜層快速退火形成的金屬納米顆粒層、金屬籽晶層、金屬納米線陣列、絕緣材料、第一金屬電極和第二金屬電極。本發(fā)明提供的光電探測器及其制備方法，通過在金屬籽晶層和金屬納米線陣列之間插入金屬納米顆粒層，能夠提高光電探測器中光生電子空穴對的分離速率，進(jìn)而提高光照響應(yīng)速度；通過改變金屬薄膜層的材質(zhì)、厚度、退火溫度、退火時間和退火氣體氛圍，能夠改變金屬納米顆粒層的性質(zhì)，進(jìn)而提高光電探測器對入射光的吸收準(zhǔn)確性，并實現(xiàn)對入射光波長吸收范圍的可調(diào)諧。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電探測技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種光電探測器及其制備方法。

背景技術(shù)

光電探測器在軍事通信、人體運動傳感器、傅里葉變換紅外光譜、醫(yī)療環(huán)境監(jiān)測、遠(yuǎn)程控制、溫度傳感、熱成像等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，近年來受到越來越多的關(guān)注。目前大多數(shù)光電探測器都是基于窄帶隙半導(dǎo)體材料，例如砷化銦、銻化銦、砷化鉀及硫化鉛等。然而，這類探測器面臨了幾個挑戰(zhàn)，首先，上述窄帶隙半導(dǎo)體材料的生長通常都是復(fù)雜且對環(huán)境不友好的，增大了它們與其他材料制成異質(zhì)結(jié)的難度；其次，這些窄帶隙半導(dǎo)體材料對紅外波段的光有響應(yīng)的同時，對波長短于紅外波長的光也有很大的響應(yīng)，這降低了在實際使用中光電探測器的探測精準(zhǔn)性；最后，以往的光電探測器受結(jié)構(gòu)限制，只能在固定的光譜范圍內(nèi)有較高響應(yīng)度，要想具有波長選擇性必須配合濾光器使用，不能僅通過光電探測器的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)實現(xiàn)波長的可調(diào)諧。

除了上述基于窄帶隙半導(dǎo)體材料的光電探測器外，現(xiàn)有還存在基于第三代半導(dǎo)體材料氧化鋅的光電探測器，其具有優(yōu)越的熱釋電性能、高的激子結(jié)合能，化學(xué)穩(wěn)定性好，易于制備且環(huán)境友好等優(yōu)點，被廣泛用于制備光電子器件。氧化鋅與金屬材料結(jié)合形成異質(zhì)結(jié)制成的光電探測器也已被廣泛研究，但是其不能保證探測精準(zhǔn)性，為實現(xiàn)波長的可調(diào)諧也仍需要配合濾光器。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種光電探測器及其制備方法。在光電探測器的襯底和氧化鋅納米線陣列之間插入了由金屬薄膜層經(jīng)快速退火處理形成的金屬納米顆粒層。通過改變金屬薄膜層的材質(zhì)、厚度，或者通過改變退火處理的退火溫度、退火時間、退火氣體氛圍，可提高光電探測器自身的光照響應(yīng)速度，同時改變光電探測器對不同波長入射光的吸收能力，在無需配合濾光器的情況下，就可實現(xiàn)光電探測器的入射光波長可調(diào)諧。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種光電探測器，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(shè)定退火條件下經(jīng)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(xiàn)所述光電探測器對入射光波長的可調(diào)諧；

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(dāng)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，為所述氧化鋅籽晶層在設(shè)定條件下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，在設(shè)定的生長條件下，所述氧化鋅籽晶層倒置，在氧化鋅籽晶層表面垂直向下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。