一种Si衬底GaSe可见光探测器及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Si衬底GaSe可见光探测器及制备方法，包括Si衬底，所述Si衬底的上表面依次设置低温PLD生长的第一GaSe功能层及高温PLD生长的第二GaSe功能层，所述第一GaSe功能层及第二GaSe功能层的厚度相同，所述第二GaSe功能层上表面的两端连接Ti/Ni/Au金属层电极。本发明专利技术有效降低表面对可见光光的反射损耗，增强可见光光谐振吸收，实现高灵敏度高带宽探测。

A visible light detector of gase on Si substrate and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种Si衬底GaSe可见光探测器及制备方法
本专利技术涉及可见光探测器领域，具体涉及一种Si衬底GaSe可见光探测器及制备方法。
技术介绍
光电探测器是一种利用光电效应原理，将光信号转换成为电信号的器件。光是一种电磁波，根据其波长的不同可以分为很多种。波长范围在380nm～780nm之间的光叫做可见光。可见光探测器由于其特殊的光谱响应范围，在军民领域都有很重要的应用。近年来，基于多层直接带隙二维材料(如In2Se3)的光电探测器，作为高性能光电器件的潜在替代品，受到了广泛的关注。相比单层二维材料，多层二维材料更易于沉积，因此直接带隙的多层二维材料更具有实用性。GaSe是一种典型的III–Ⅵ族半导体材料，它具有许多优异的光电性能。GaSe是一种p型半导体，具有较高的载流子迁移率(0.1cm2V-1s-1)，暗电流低，电阻率高。同时，GaSe的光电性能具有很强的层厚依赖性。随着层数的减少，其禁带宽度逐渐变大。此外，GaSe的间接带隙约为2.11eV，且其直接带隙仅比间接带隙大25meV。因此，在室温下，电子可以很容易地在导带极小值之间转移。同时GaSe也具有合适的光学带隙、非线性光学性质和光响应特性。故GaSe适合应用于可见光探测器的制备研究。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本专利技术提供一种Si衬底GaSe可见光探测器及制备方法。本专利技术具有生长GaSe薄膜质量好，器件的外量子效率高，响应速度快和带宽高等优点。本专利技术采用如下技术方案：一种Si衬底GaSe可见光探测器，包括Si衬底，所述Si衬底的上表面依次设置低温PLD生长的第一GaSe功能层及高温PLD生长的第二GaSe功能层，所述第一GaSe功能层及第二GaSe功能层的厚度相同，所述第二GaSe功能层上表面的两端连接Ti/Ni/Au金属层电极。优选的，第一GaSe功能层及第二GaSe功能层的厚度为5-6nm。优选的，Ti/Ni/Au金属层电极为叉指电极。优选的，Ti/Ni/Au金属层电极中，Ti金属层的厚度为25-35nm，Ni金属层的厚度为90～110nm，Au金属层的厚度为90～110nm。优选的，所述第二GaSe功能层的上表面镀一层纳米级的Ag颗粒。一种Si衬底GaSe可见光探测器的制备方法，包括如下步骤：S1在Si衬底上先采用低温PLD方法生长第一GaSe功能层，再采用高温PLD方法生长第二层GaSe功能层，并采用AFM分析样品表面形貌；S2在第二GaSe功能层上表面匀胶、烘干、曝光、显影和氧离子处理，确定电极形状，并通过蒸镀工艺将Ti/Ni/Au金属层电极蒸镀在第二GaSe功能层上表面的两端。优选的，采用低温PLD方法生长第一GaSe功能层的温度为440-460℃，脉冲能量为0.46～0.50J/cm2，生长时间为25～45min。优选的，采用高温PLD方法生长第二GaSe功能层的温度为840～860℃，脉冲能量为0.42～0.54J/cm2，生长时间为25～45min。优选的，烘干时间为38～45s，曝光时间为5～8s，显影时间为40～45s，氧离子处理时间为1.5～2.5min。优选的，第一GaSe功能层的生长时间为30min。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术采用两层GaSe功能层促进载流子横向迁移速率；(2)本专利技术在Si衬底PLD低温生长第一层GaSe功能层，克服了直接高温生长，材料会与衬底发生界面反应的问题；(3)本专利技术制备得到的探测器，材料质量高，性能好，省时高效及能耗低，有利于大规模生产；(4)本专利技术在探测芯片表面进行可见光增敏微纳结构设计，有效降低表面对可见光光的反射损耗，增强可见光光谐振吸收，实现高灵敏度高带宽探测。附图说明图1为本专利技术的结构剖面示意图；图2为图1的俯视面示意图；图3为实施例中PLD低温生长的第一GaSe功能层样品的AFM测试图样；图4为实施例1制备得探测器的光响应特性曲线图。具体实施方式下面结合实施例及附图，对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1一种Si衬底GaSe可见光探测器，如图1所示，包括Si衬底1，所述Si衬底的上表面依次设置低温PLD生长的第一GaSe功能层2及高温PLD生长的第二GaSe功能层3，所述第一GaSe功能层及第二GaSe功能层的厚度相同，所述第二GaSe功能层上表面的两端连接Ti/Ni/Au金属层电极4。本实施例中第一GaSe功能层及第二GaSe功能层的结构尺寸均相同，优选厚度为5nm。本实施例中Ti/Ni/Au金属层电极4中Ti金属层的厚度为30nm，Ni金属层的厚度为100nm，Au金属层的厚度为100nm。现有技术中制备可见光探测器主要采用MOCVD法，这种方法生长的薄膜质量不好及粗糙度高，本专利技术采用PLD生长方法生长功能层制备的薄膜质量高，性能好。制备一种Si衬底GaSe可见光探测器的方法，包括如下步骤：S1在Si衬底上先采用低温PLD方法生长第一GaSe功能层，再采用高温PLD方法生长第二层GaSe功能层，并采用AFM分析样品表面形貌；S2在第二GaSe功能层上表面匀胶、烘干、曝光、显影和氧离子处理，确定电极形状，并通过蒸镀工艺将Ti/Ni/Au金属层电极蒸镀在第二GaSe功能层上表面的两端。如图2所示，所述电极为叉指电极，通过蒸镀工艺将Ti/Ni/Au金属层电极4蒸镀在第二GaSe功能层3上表面的两端。本专利技术采用低温PLD方法生长第一GaSe功能层时温度为450℃，脉冲能量为0.48J/cm2，生长时间为30min，电极的蒸镀速率为0.25nm/min。本专利技术采用高温PLD方法生长GaSe功能层时温度为850℃，脉冲能量为0.48J/cm2，生长时间为30min，电极的蒸镀速率为0.25nm/min。将上述制备得到的可见光探测器进行测试，图3为实施例PLD外延生长的第一GaSe功能层样品的AFM测试图样。可见样品上生长了GaSe材料，表面粗糙度为6.5nm。测试表明PLD生长时间为30min时的表面比较平整，粗糙度较小。图4为本实施例所得Si衬底GaSe可见光探测器所测得的光响应特性曲线。由曲线可看出，实施例所得Si衬底GaSe可见光探测器在620nm波段有明显的波峰，响应度为2.5μA/W。测试表明该光电探测器在可见光波段范围有高的响应度，说明该光电探测器有较高的灵敏度。实施例2本实施例的制备过程与实施例1相同，不同之处在于：采用低温PLD方法生长第一GaSe功能层的温度为440，脉冲能量为0.46J/cm2，生长时间为25min。采用高温PLD方法生长GaSe功能层时温度为840℃，脉冲能量为0.42J/cm2，生长时间为45min，电极的蒸镀速率为0.25nm/min。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Si衬底GaSe可见光探测器，其特征在于，包括Si衬底，所述Si衬底的上表面依次设置低温PLD生长的第一GaSe功能层及高温PLD生长的第二GaSe功能层，所述第一GaSe功能层及第二GaSe功能层的厚度相同，所述第二GaSe功能层上表面的两端连接Ti/Ni/Au金属层电极。/n

【技术特征摘要】
1.一种Si衬底GaSe可见光探测器，其特征在于，包括Si衬底，所述Si衬底的上表面依次设置低温PLD生长的第一GaSe功能层及高温PLD生长的第二GaSe功能层，所述第一GaSe功能层及第二GaSe功能层的厚度相同，所述第二GaSe功能层上表面的两端连接Ti/Ni/Au金属层电极。


2.根据权利要求1所述的一种Si衬底GaSe可见光探测器，其特征在于，第一GaSe功能层及第二GaSe功能层的厚度为5-6nm。


3.根据权利要求1所述的一种Si衬底GaSe可见光探测器，其特征在于，Ti/Ni/Au金属层电极为叉指电极。


4.根据权利要求3所述的一种Si衬底GaSe可见光探测器，其特征在于，Ti/Ni/Au金属层电极中，Ti金属层的厚度为25-35nm，Ni金属层的厚度为90～110nm，Au金属层的厚度为90～110nm。


5.根据权利要求1所述的一种Si衬底GaSe可见光探测器，其特征在于，所述第二GaSe功能层的上表面镀一层纳米级的Ag颗粒。


6.一种如权利要求1-5任一项所述的Si衬底GaSe可见光探测器的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文樑，李国强，杨昱辉，孔德麒，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44