光谱选择性光电探测器及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种光谱选择性光电探测器，包括基底以及在基底上依次设置的等离激元结构层和掺锡氧化铟层，所述等离激元结构层包括多个介质结构单元，每个介质结构单元包括一条状主吸收窗口以及一对或多对条状吸收调节窗口，所述条状吸收调节窗口位于条状主吸收窗口一侧或两侧。本发明专利技术还提供一种如上述的光谱选择性光电探测器的制备方法，包括步骤：1）提供基底；2）在基底上生长等离激元结构层并图形化，以形成介质结构单元；3）在等离激元结构层上生长掺锡氧化铟层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体光电
，尤其涉及。
技术介绍
光电探测器是指对光子进行探測的器件。光子探測技术在军事和民用领域都有着广泛而重要的应用前景，例如在民用领域，它可用于火灾监测、光通讯、环境监测、医疗保健等方面；在军事领域，它在紫外告警、紫外通讯、紫外/红外复合制导和导弹探测等方面有广泛的应用。光电探测器的工作过程包括下面三个步骤(1)入射光产生载流子；(2)载流子输运和被某种可能存在的电流增益机构倍増；(3)电流和外电路相互作用，提供输出信号。而步骤(I)中入射光产生光生载流子需要的条件为其能量大于半导体禁带宽度，探測器往往会对大于其禁带宽度的光谱范围都有响应，探测器的光谱选择性较差，例如对于氮化镓半导体材料，对于入射光波长小于365nm的入射光都有响应。而在很多情况下，需要对某ー特定波长或波段的光谱进行探測，这时候就需要光子探測器具有很高的光谱选择性。为了实现高光谱选择性，通常需要在探測器上加一个或多个滤波器或者更改半导体能带结构。这种滤波器一般体积较大，易碎并且价格昂贵，这就増加了探測器的复杂程度和造价，也使得探測器的适用范围大为縮小。半导体能带结构的精确调节也会带来更高的成本。2011年,MarkW. Knight等人提出利用纳米级金属条状结构结合Si衬底,利用等离激元激发的热电子越过肖特基结，以实现对于红外光的探測，而通过使用不同尺寸的金属条状结构阵列实现了对于入射光波长的选择性吸收。该结构避免了“滤波器”的引入，但受制于金属结构消光峰的较宽半高宽(100 nm以上),其光谱选择性较差。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种光谱选择性光电探测器，包括基底以及在基底上依次设置的等离激元结构层和掺锡氧化铟层，所述等离激元结构层包括多个介质结 构单元，姆个介质结构单元包括一条状主吸收窗ロ以及ー对或多对条状吸收调节窗ロ，所述条状吸收调节窗ロ位于条状主吸收窗ロー侧或两侧。所述基底和等离激元结构层之间进一歩包括依次按照远离基底方向设置于基底上的N型掺杂半导体层和粘附层。所述基底为PIN光电ニ极管、雪崩光电ニ极管中任意ー种。所述每个介质结构単元中所有条状吸收调节窗ロ均互相平行且与条状主吸收窗ロ相垂直。所述条状吸收调节窗口和条状主吸收窗ロ通过绝缘介质隔离。所述介质结构单元的材质为金属材料或石墨烯材料，所述金属材料为金、银、铝、铜、钛、镍、铬中任意一种或几种组合物。所述粘附层的材料为Cr、Ti、Ni、TiN中任意一种或几种组合物。为了解决上述问题，本专利技术还提供了ー种如上述的光谱选择性光电探测器的制备方法，包括步骤 1)提供基底； 2)在基底上生长等离激元结构层并图形化，以形成多个介质结构单元； 3)在等离激元结构层的裸露表面上生长掺锡氧化铟层。步骤2)的图形化方法采用电子束光刻、纳米压印技木、电子束蒸发以及磁控溅射中任意ー种。步骤I)与步骤2)之间还包括步骤在所述基底和等离激元结构层之间依次按照远离基底方向在基底的裸露表面上生长N型掺杂半导体层和粘附层。步骤2)与步骤3)之间还包括步骤在等离激元结构层的裸露表面生长绝缘介质以隔离条状吸收调节窗口和条状主吸收窗ロ。本专利技术的优点在于，通过在金属条状结构的条状主吸收窗ロ的双边或单边弓I入多翼结构，在原本较宽的主吸收峰位的两侧或ー侧引入条状吸收调节窗ロ，藉此实现了对于吸收峰半高宽的降低，从而提高了光电流响应对于波长的分辨率。同时，随着两侧翼或单侧翼的条状吸收调节窗ロ成对增加，通过两侧多翼暗态直接的耦合作用，将次吸收峰区逐渐消除。因此，等离激元金属结构起到了“滤波器”的作用。而通过使用不同等离激元层的结构尺寸，可以实现对整个可见光区中某较窄的特定波段进行选择性的吸收，从而实现了具有高光谱选择性可见光电探测器。该器件结构简単，易加工，并且不需额外增加配件可以实现高的光谱选择性探測。附图说明图I是本专利技术提供的一种光谱选择性光电探测器第一具体实施方式的结构 图2是本专利技术提供的一种光谱选择性光电探测器第一具体实施方式的横截面结构图； 图3是本专利技术提供的一种光谱选择性光电探测器实施例一等离激元结构层水平界面结构； 图4是本专利技术提供的一种光谱选择性光电探测器实施例一等离激元结构层对入射光的吸收光谱 图5是本专利技术提供的一种光谱选择性光电探测器实施例二等离激元结构层水平界面结构； 图6是本专利技术提供的一种光谱选择性光电探测器实施例二等离激元结构层对入射光的吸收光谱 图7是本专利技术提供的一种光谱选择性光电探测器实施例三等离激元结构层水平界面结构； 图8是本专利技术提供的一种光谱选择性光电探测器实施例三等离激元结构层对入射光的吸收光谱 图9是本专利技术提供的一种光谱选择性光电探测器实施例四等离激元结构层水平界面结构；图10是本专利技术提供的一种光谱选择性光电探测器实施例四等离激元结构层对入射光的吸收光谱 图11是本专利技术提供的一种光谱选择性光电探测器实施例五的横截面结构图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术提供的的具体实施方式做详细说明。第一具体实施例方式 图I所示为所述一种光谱选择性光电探测器第一具体实施方式的结构图。其中x，y与Z分别代表坐标轴X轴、y轴与z轴。图2所示为所述一种光谱选择性光电探测器第一具体实施方式的横截面结构图。 其中X, y与z分别代表坐标轴X轴、y轴与z轴。本专利技术提供了一种光谱选择性光电探测器，包括基底101以及在基底101上依次设置的N型掺杂半导体层102、等离激元结构层和掺锡氧化铟(Indium Tin Oxides,简称IT0)层104,所述等离激元结构层包括多个介质结构单元103,姆个介质结构单元103包括一条状主吸收窗ロ 105以及ー对结构尺寸相同的条状吸收调节窗ロ 106，所述条状吸收调节窗ロ 106位于条状主吸收窗ロ 105两侧。作为可选实施方式，所述基底101为PIN光电ニ极管、雪崩光电ニ极管等光电探测器的半导体结构部分。作为可选实施方式，所述基底101为硅衬底。作为可选实施方式，基底101和N型掺杂半导体层102组合结构可采用N型掺杂硅基底替代。作为可选实施方式，N型掺杂半导体层102和等离激元结构层中介质单元103之间还包括粘附层，粘附层可进ー步提高介质单元103的材质和N型掺杂半导体层102的材质之间粘附性。所述粘附层的材料为Ni，作为可选实施方式，粘附层的材料还可以为Cr、Ti、Ni、TiN中任意一种或几种组合物。作为可选实施方式，所述条状吸收调节窗ロ 106可位于条状主吸收窗ロ 105—侧。作为可选实施方式，所述掺锡氧化铟层104的材料可选用其他类似的透明氧化物电极实现。介质结构单元103的排列是根据探测器所探测对象而做相应排列的调整。所述每个介质结构単元103中所有条状吸收调节窗ロ 106均互相平行且与条状主吸收窗ロ 105相垂直。作为可选实施方式，所述每个介质结构単元103中所有条状吸收调节窗ロ 106为互不平行，且与条状主吸收窗ロ 105成一恒定锐角，鋭角角度范围为0°至89°。作为可选实施方式，条状主吸收窗ロ 105的一侧或两侧有多对条状吸收调节窗ロ106分布，且多对条状吸收调节窗ロ 106以对为単位，依次按照远离条状主吸收窗ロ 105方向分布在条状主吸收窗ロ 105本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光谱选择性光电探测器，包括基底以及在基底上依次设置的等离激元结构层和掺锡氧化铟层，其特征在于，所述等离激元结构层包括多个介质结构单元，每个介质结构单元包括一条状主吸收窗口以及一对或多对条状吸收调节窗口，所述条状吸收调节窗口位于条状主吸收窗口一侧或两侧。2.根据权利要求I所述的光谱选择性光电探测器，其特征在于，所述基底和等离激元结构层之间进一步包括依次按照远离基底方向设置于基底上的N型掺杂半导体层和粘附层。3.根据权利要求I所述的光谱选择性光电探测器，其特征在于，所述基底为PIN光电二极管、雪崩光电二极管中任意一种。4.根据权利要求I所述的光谱选择性光电探测器，其特征在于，所述每个介质结构单元中所有条状吸收调节窗口均相互平行且与条状主吸收窗口相垂直。5.根据权利要求4所述的光谱选择性光电探测器，其特征在于，所述条状吸收调节窗口和条状主吸收窗口通过绝缘介质隔离。6.根据权利要求I所述的光谱选择性光电探测器，其特征在于，所述介质结构单元的材质为金属材料或石墨烯材料，所述金属材料为金、...

【专利技术属性】
技术研发人员：张传杰，王建峰，黄增立，徐科，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：