【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及常温下实现长波近红外波段光学成像的全si光电探测器，具体为一种实现近红外成像非均匀势垒层si肖特基光电探测器。
技术介绍
1、si材料资源丰富、性能稳定、与互补金属氧化物半导体(cmos)技术兼容性较好，因此广泛运用于微电子器件，而且si材料可以使得红外探测器制造成本较低并且集成性能较为优异。但si基探测器由于其自身1.2ev带隙的限制，最大探测波长截至1100nm，并且长波波段响应效率较低，限制了它在近红外波段成像探测的应用。目前最先进的商用红外光电探测器主要基于一些窄带隙的非si材料。这些非si基光电探测器成本高，与si基互补金属氧化物半导体(cmos)工艺不兼容。这极大地限制了它们的应用。因此，相当多的研究集中在延长si光电探测器探测波段、扩展si光电探测器的成像效果上面。
2、延长si光电探测器探测波长的方法有：通过掺杂在si禁带中引入杂质能级以延长si光吸收波长。目前研究者们大多使用浅能级掺杂和深能级掺杂，其中浅能级掺杂主要是在si中掺入一些ⅲ-ⅴ族材料，例如在si中掺杂p，可以使si光电探测器实现2800nm波长处的光探测；浅能级掺杂主要是将一些金属杂质引入到si材料中，例如将au掺杂入si中，可以延长光探测波长至2200nm。而这些方法做成的器件缺点也很明显，浅能级掺杂需要在低温环境(小于40k)下才能正常工作，这使得光电探测器需要另加入制冷模块才能正常运行，导致制备成本、制备难度都有一定的提高。而深能级杂质在si中的固熔点一般较低，通常需要利用离子注入结合激光退火等方式才能实现合适浓度的
3、si基肖特基器件作为一种常见的半导体器件，因其响应速度快、背景噪声低而广泛应用于逻辑分析和集成光电子学等领域，其功耗低，响应快的特点，有利于实现近红外成像。在最近众多新兴理论中，表面等离子体(sp)诱导的热载流子效应的研究引起了人们的极大兴趣。金属薄膜层中的载流子在吸收波长较长的光子后转化为热载流子。一旦热载流子能量大于肖特基势垒，就可以形成电流进行观测。但是由于肖特基光电探测器是采用内部光发射效应的光电探测器，其原理是当光子的能量大于肖特基势垒高度时，金属内激发的电子才可以越过肖特基势垒而被半导体收集并形成光电流，因而器件光响应截止波段和暗电流之间存在矛盾。受肖特基势垒高度的影响，目前报道的si肖特基光电探测器光探测截止波长大多仅在1550nm左右，很难实现在光通讯波段的应用，虽然可以通过降低肖特基势垒高度的方式来进一步延长光探测波长。但降低肖特基势垒高度的同时会使器件暗电流有所增大。
技术实现思路
1、(一)解决的技术问题
2、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种实现近红外成像非均匀势垒层si肖特基光电探测器，通过密排au纳米颗粒势垒调制层与si肖特基光电探测器相结合，并利用局域表面等离激元特性，在光照下使光局域在势垒高度较低的au纳米颗粒边缘区域，从而延长探测器有效探测波长，在无光照时，使器件总体表现的肖特基势垒高度较高，从而保证器件具备较低的暗电流。
3、(二)技术方案
4、为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种实现近红外成像非均匀势垒层si肖特基光电探测器，包括si长波肖特基光电探测器，所述光电探测器是以n-型硅片为衬底；在所述衬底的上表面生长一层薄au层；在所述薄au层上通过rta使其形成密排au纳米颗粒层；在所述密排au纳米颗粒层上再生长一层透明导电电极ito；在所述衬底背部生长一层al作为背电极。
5、所述全si长波肖特基光电探测器的制备方法，包括如下步骤：
6、a：将n-型硅片依次使用丙酮、酒精、去离子水超声十分钟清洗，利用去离子水进行氧化层，然后浸泡在h2o2：h2so4＝1：4的溶液中三百度加热十分钟，然后浸泡hf2-4分钟，作为衬底备用；
7、b：将衬底放入磁控溅射腔体内，在衬底表面上生长3nmau薄膜；
8、c：取出样品并放入快速热退火炉中，通入高氮十分钟使腔体内充满高氮，并在高氮环境中450度退火十分钟，使au薄膜退火成为au纳米颗粒分布均匀的密排au纳米颗粒非均匀势垒调制层；
9、d：将衬底再次放入磁控溅射腔体内，在密排au纳米颗粒非均匀势垒调制层上150度升温生长100nm透明导电电极ito并保温20分钟，待冷却至室温后取出；
10、e：将样品背面朝上固定在样品托盘上并放入磁控溅射腔体内，在衬底背部生长300nmal作为背电极，即完成器件的制备。
11、优选的，所述ito为氧化铟锡，au为金，si为硅，al为铝，h2o2为过氧化氢，h2so4为硫酸，hf为氢氟酸，rta为快速热退火。
12、(三)有益效果
13、本专利技术提供了一种实现近红外成像非均匀势垒层si肖特基光电探测器。
14、具备以下有益效果：
15、1、本专利技术在si肖特基光电探测器中引入分布均匀的密排au纳米颗粒作为非均匀势垒调制层，器件大部分面积具备较薄的au中间层，促使器件在无光照时具备高肖特基势垒从而有效抑制暗电流；在光照条件下，利用au纳米颗粒触发局域表面等离激元特性，使光能有效局域在au纳米颗粒边缘区域，在si肖特基光电探测器内部光发射机理的作用下，器件光探测波段能够突破si自身带隙的限制，最终器件有效探测波长范围可延伸至2200nm。
16、2、本专利技术的si长波近红外光电探测器由于混合电极与si形成肖特基结，因此该探测器可以在零偏压下工作，节省能耗。
17、3、本专利技术从密排au纳米颗粒势垒调制层的制备到器件的最终完成，操作简单，极大的简化了si长波近红外光电探测器的制备流程，大幅地降低了成本，使si长波近红外光电探测器非常容易实现。
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1.一种实现近红外成像非均匀势垒层Si肖特基光电探测器，包括Si长波肖特基光电探测器，其特征在于：所述Si长波肖特基光电探测器是以n-Si为衬底(1)；在所述衬底(1)的上表面生长一层较薄Au层(2)，通过RTA使Au层(2)形成密排Au纳米颗粒非均匀势垒调制层(3)；在所述Au纳米颗粒非均匀势垒调制层(3)上生长一层透明导电电极ITO(4)；
2.根据权利要求1所述的一种实现近红外成像非均匀势垒层Si肖特基光电探测器，其特征在于：所述ITO为氧化铟锡，Au为金，Si为硅，Al为铝，H2O2为过氧化氢，H2SO4为硫酸，HF为氢氟酸，RTA为快速热退火。
【技术特征摘要】
1.一种实现近红外成像非均匀势垒层si肖特基光电探测器，包括si长波肖特基光电探测器，其特征在于：所述si长波肖特基光电探测器是以n-si为衬底(1)；在所述衬底(1)的上表面生长一层较薄au层(2)，通过rta使au层(2)形成密排au纳米颗粒非均匀势垒调制层(3)；在所述au纳米颗...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄志伟，葛勇康，徐晓佳，柯少颖，刘冠洲，
申请(专利权)人：闽南师范大学，
类型：发明
国别省市：
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