一种基于高电子迁移率晶体管的光谱探测器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于高电子迁移率晶体管的光谱探测器及其制备方法，本发明专利技术在高电子迁移率晶体管的栅极金属薄膜上设置了一层光电阴极薄膜。光谱检测时，光辐射射到光电阴极薄膜上，使光电阴极薄膜发生外光电效应，其表面电荷分布发生变化，使栅极电压发生改变，导致高电子迁移率晶体管内部的二维电子气产生或浓度发生变化，从而使高电子迁移率晶体管的沟道电流发生变化，使光波信号转变为电信号，实现对光辐射的高灵敏度探测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体光电信息
，尤其涉及一种基于高电子迁移率晶体管的光谱探测器及其制备方法。
技术介绍
探测器件广泛应用在制导、侦察、预警、探测、跟踪、全天候监视和夜视、武器瞄准、电力在线检测、铁路车辆轴温探测、矿产资源勘探、地下矿井测温和测气、气象预报地貌、环境监测等军民领域，具有重要军事及经济意义。目前光谱探测器的研究已取得阶段性进展，但是仍然面临着很多困难，如缺少晶格匹配的衬底，使薄膜中存在大量缺陷等。传统的光谱探测器的灵敏度很差，并且成本和体积够很高。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题提供一种具有高检测灵敏度、低成本以及小体积的光谱探测器及其制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术公开了一种基于高电子迁移率晶体管的光谱探测器，所述光谱探测器包括高电子迁移率晶体管以及覆盖于所述高电子迁移率晶体管的栅极金属薄膜上的光电阴极薄膜。优选地，所述光谱探测器还包括位于所述栅极金属薄膜和所述光电阴极薄膜之间的钛金属层。优选地，所述高电子迁移率晶体管包括第一半导体层、第二半导体层、漏区以及源区；所述第二半导体层覆盖于所述第一半导体层的上表面；所述源区和漏区分别位于所述第二半导体层的两侧、贯穿所述第二半导体层，并且均延伸入所述第一半导体层；所述栅极金属薄膜设置于所述第二半导体层上的预定位置。优选地，所述第一半导体层相对于第二半导体层为窄能隙半导体r>层。优选地，所述第一半导体层为GaN层；所述第二半导体层为AlGaN层。优选地，所述光电阴极薄膜的材料为碘铯光电阴极材料、银氧铯光电阴极材料、碲铯光电阴极材料、镁铯光电阴极材料或铋银氧光电阴极材料。一种基于高电子迁移率晶体管的光谱探测器的制备方法，所述方法包括以下步骤：S1、制备高电子迁移率晶体管的外延片、源区、漏区以及栅极金属薄膜；S2、在所述栅极金属薄膜上制备光电阴极薄膜。优选地，所述步骤S1具体包括以下步骤：S11、制备包括第一半导体层和第二半导体层的外延片，其中第二半导体层覆盖于所述第一半导体层的上表面；S12、在所述第一半导体层的两侧分别制备源区和漏区，所述源区和漏区均贯穿所述第二半导体层，并且所述源区和漏区均延伸入所述第一半导体层；S13、在所述第二半导体层的预定位置制备所述栅极金属薄膜。优选地，所述第一半导体层相对于第二半导体层为窄能隙半导体层。优选地，所述步骤S2中，制备所述光电阴极薄膜之前还包括在所述栅极金属薄膜上制备钛金属层，之后在所述钛金属层上制备所述光电阴极薄膜。本专利技术的上述技术方案具有如下优点：本专利技术在栅极金属薄膜上设置了光电阴极薄膜，在光辐射到光电阴极薄膜上时，光电阴极薄膜发生外光电效应，其表面电荷分布变化，使栅极电压发生改变，导致第一半导体内部的二维电子气产生或浓度发生变化，从而使高电子迁移率晶体管的沟道电流发生变化，使光波信号转变为电信号，实现对光辐射的高灵敏度探测；本专利技术可通过改变高电子迁移率晶体管的类型使二维电子气始终存在，本专利技术的光谱探测器则为非光生电流依赖型器件，灵敏度会进一步提高，同时降低了对光电阴极薄膜形态要求，并减小了对感光面积的依赖性；另外，由于本专利技术设置光电阴极薄膜覆盖于栅极金属薄膜上表面，使光谱探测器还具有以下优点：可以在室温下工作，不需要真空的工作环境，使得探测器的稳定性得到极大的提高，噪声带宽变小，光谱响应范围增宽，受振动/声音等外界干扰小，并且成本和体积也得到极大的降低。附图说明图1为本专利技术的一个较佳实施例的一种基于高电子迁移率晶体管的光谱探测器的结构示意图；图2为本专利技术的一个较佳实施例的一种基于高电子迁移率晶体管的光谱探测器的制备方法的流程图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。图1为本专利技术的一个较佳实施例的一种基于高电子迁移率晶体管的光谱探测器的结构示意图，光谱探测器包括高电子迁移率晶体管以及覆盖于高电子迁移率晶体管的栅极金属薄膜8上的光电阴极薄膜9。进一步地，光谱探测器还包括位于栅极金属薄膜8和光电阴极薄膜9之间的钛金属层，钛金属层使栅极金属薄膜8和光电阴极薄膜9由更好的粘附性。进一步地，高电子迁移率晶体管包括第一半导体层3、第二半导体层5、漏区7、源区6以及栅极金属薄膜8；第二半导体层5覆盖于第一半导体层3的上表面；源区6和漏区7分别位于第二半导体层3的两侧、贯穿第二半导体层并且均延伸入第一半导体层3；栅极金属薄膜8设置于第二半导体层5上的预定位置。优选地，所第一半导体层3相对于第二半导体层5为窄能隙半导体层，并且在第一半导体层3中靠近第二半导体层5的一侧存在或可以通过栅极加电形成二维电子气4。当二维电子气4生成或浓度发生变化时，电流发生变化，既可以检测到光谱的变化。优选地，第一半导体层3的为GaN层(GaN缓冲层)；第二半导体层5为AlGaN层(AlGaN合金势垒层)。氮化镓(GaN)是第三代宽禁带半导体的代表之一，具有优良的特性：高的临界击穿电场(3.5×106V/cm)、高电子迁移率(2000cm2/V·s)、高的二维电子气(2DEG)浓度(1013cm-2)、高的高温工作能力。GaN的带隙Eg达3.49eV，因而本征载流子浓度很低，这意味着在环境温度变化时带来的本征载流子浓度变化对器件性能的影响大大减小，并且电子迁移率达2000cm2/V.s，因而可以制备高灵敏度的信号转换器件。由于GaN/AlGaN界面上能带的不连续性形成三角势阱对电子形成量子限制作用，因而在GaN一侧可以形成很高浓度的二维电子气(2DEG)。GaN/AlGaN材料很强的自发极化和压电极化使得GaN/AlGaN异质界面在非故意掺杂的情况下，就可以产生1013cm-2量级的2DEG，因此可将本专利技术光谱探测器制作成非光生电流依赖型器件，有利于提高检测灵敏度。此外高电子迁移率晶体管还包括衬底1和成核层2，成核层2生长于衬底1上，第一半导体层生3长于成核层2上，成核层2起到缓冲的作用，可以降低第一半导体层3的缺陷。优选地，成核层2可以为AlN层。衬底1可以是硅、蓝宝石或者SiC衬底。高电子迁移率晶体管的栅极可以使绝缘栅也可以肖特基栅。绝缘栅介质材料为SiO2、Si3N4、...

【技术保护点】
一种基于高电子迁移率晶体管的光谱探测器，其特征在于，所述光谱探测器包括高电子迁移率晶体管以及覆盖于所述高电子迁移率晶体管的栅极金属薄膜上的光电阴极薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种基于高电子迁移率晶体管的光谱探测器，其特征在于，所
述光谱探测器包括高电子迁移率晶体管以及覆盖于所述高电子迁移率
晶体管的栅极金属薄膜上的光电阴极薄膜。
2.根据权利要求1所述的光谱探测器，其特征在于，所述光谱探
测器还包括位于所述栅极金属薄膜和所述光电阴极薄膜之间的钛金属
层。
3.根据权利要求1所述的光谱探测器，其特征在于，所述高电子
迁移率晶体管包括第一半导体层、第二半导体层、漏区以及源区；
所述第二半导体层覆盖于所述第一半导体层的上表面；所述源区
和漏区分别位于所述第二半导体层的两侧、贯穿所述第二半导体层，
并且均延伸入所述第一半导体层；所述栅极金属薄膜设置于所述第二
半导体层上的预定位置。
4.根据权利要求3所述的光谱探测器，其特征在于，所述第一半
导体层相对于第二半导体层为窄能隙半导体层。
5.根据权利要求3所述的光谱探测器，其特征在于，所述第一半
导体层为GaN层；所述第二半导体层为AlGaN层。
6.根据权利要求1所述的光谱探测器，其特征在于，所述光电阴
极薄膜的材料为碘铯光电阴极材料、银氧铯光电阴极材...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱彦旭，刘飞飞，杜志娟，郭伟玲，于宁，邓叶，王岳华，宋会会，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11