[发明专利]一种基于硅纳米线阵列的自驱动肖特基结近红外光电探测器及其制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种纳米光电探测器及其制备方法，具体地说是基于硅纳米线阵列的自驱动肖特基结近红外光电探测器及其制备方法。

二、背景技术

光电探测器是将接收到的光信号转化为电信号的器件，由于光谱响应范围宽、灵敏度高等特点，亦是人眼的一个有效延伸。其中，近红外光电探测器在信息、医学、工业、农业、环境、安全、科研等领域均有广泛的应用，如用在成像技术、光通讯、生化分析、工业自动控制、定量分析(不破坏样品)、环境监测、火险报警、光谱分析等。因而，高性能、低成本的近红外光电探测器一直是人们的研究热点。

硅是现代半导体技术的基础，目前仍处于不可取代的位置。体相硅室温禁带宽度为1.12eV，对近红外光有着很好的灵敏度，尽管其是一类间接带隙半导体，人们仍在不断探索基于其的近红外光电探测的研究。人们在Si基底上外延生长，形成了Ge_xSi_1-x/Si(Appl.Phys.Lett.1992,61,1122)、HgCdTe/Si(Appl.Phys.Lett.2004,85,2113)等异质结光电探测器或利用金属硅化物，形成了PtSi/Si(IEEE T Microw Theroy.1998,46,641)、IrSi₃/Si(Appl.Phys.Lett.1990,56,2013)等肖特基结探测器，Farag等通过液相外延的方法制备了Cu/Si肖特基结，发现在高频率情况下，器件性能保持良好(J.Alloys Compd.,2010,495,116)。苏州大学揭建胜等也曾利用CVD生长的单层石墨烯，构筑了响应速度快、响应度高的MLG/Si肖特基结探测器(IEEE Trans.Electron Devices,2013,34,1337)。然而器件制备过程多采用高成本的高真空制备工艺，稳定、高效低成本Si基近红外光电探测器的研究仍有待于进一步深入。

与传统硅材料相比，硅纳米线阵列由于具有良好的陷光效应，可以提高对光的吸收并有利于光生载流子的产生，因而基于硅纳米线阵列的近红外光电探测器有望获得更高的器件性能。Cheng等通过电化学方式制备了Ge/Si纳米线阵列核壳结构的光电探测器，发现该器件性能较平面硅或黑硅更为优越(Chem.Phys.Lett.,2012,538,102)。人们将液相合成的氧化铜纳米片或碳量子点等旋涂在硅纳米线阵列上，也获得了性能优良的光电探测器(ACS Appl.Mat.Interfaces,2014,6,20887；Acs nano,2014,8,4015)。

自驱动式光电探测器，由于无需外加电源而可自我供电，具有节能环保、便携等优点，一直是人们的研究热点。自驱动式光电探测器一般基于PN结或者肖特基结。肖特基结是由金属和半导体接触形成的，该种光电探测器有很多优势，比如暗电流小、响应速度快、结电容小等，是高性能光电探测器的最佳选择。传统肖特基结的构建是采用电子束蒸发、磁控溅射等传统的高真空镀膜方式，其需要高真空环境，成本较高，而且很难实现高纵深比如纳米阵列结构表面的均匀镀膜。

三、发明内容

在现有技术存在的基础之上，本发明旨在构建基于Si纳米线阵列的自驱动肖特基结近红外光电探测器，在纳米光电探测器发展领域有着重要的意义，所要解决的技术问题是在硅纳米线阵列上生长均匀包覆的铜膜，形成较大面积的肖特基接触，并实现载流子的有效分离和收集。

本发明解决技术问题，采用如下技术方案：

本发明基于硅纳米线阵列的自驱动肖特基结近红外光电探测器，其特点在于：是在硅基底的表面通过银辅助的化学刻蚀法形成有硅纳米线阵列；在硅纳米线的外表面通过液相还原反应均匀包覆有金属铜膜；所述金属铜膜与所述硅纳米线形成肖特基结；在所述硅基底的背面刷涂有In/Ga导电胶层，与硅基底形成欧姆接触。

金属铜膜是通过液相还原形成的，除硅纳米线的外表面之外，在硅基底表面未形成硅纳米线的位置也都形成有金属铜膜，也即金属铜膜均匀包覆了硅基底表面和硅纳米线。

本发明自驱动肖特基结近红外光电探测器的特点也在于：所述硅基底的导电类型为n型，(100)取向，电阻率为1-10Ω·cm；所述硅纳米线阵列中硅纳米线的直径为50-400nm、长度为5-10μm。

所述金属铜膜的厚度为10-100nm。

上述自驱动肖特基结近红外光电探测器的制备方法，包括如下步骤：

(1)将硅基底依次用丙酮、酒精、去离子水超声清洗后，吹干备用；