[发明专利]一种微腔结构紫外探测器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种微腔结构紫外探测器及其制备方法，其中紫外探测器的制备过程包括衬底清洗、籽晶层生长、微米线生长、单根宽禁带半导体微/纳米线上下两侧金属薄膜、金属纳米粒子的制备以及探测器金属电极层的制备工艺。本发明的特点是新开发了一种特殊结构的高性能、小体积的紫外探测器，其探测截止波长小于380nm，解决了紫外探测器尺寸的减小和光电转的提高难以同时实现的矛盾问题。此外，此种微腔结构紫外探测器结构简单、易于耦合焦平面读出电路，有益于下一代高密度集成光电回路的开发。

技术领域

本发明属于光电探测技术领域，具体涉及一种复合Fabry-Perot微腔结构紫外探测器及其制备方法。

技术背景

紫外探测技术是继激光探测技术和红外探测技术发展起来的又一项重要的军民两用光电探测器技术。目前，现代化的紫外探测技术是一个集紫外探测器、光学设计、微机械加工和集成电路等多学科为一体的精密探测系统，由于其具有背景噪声低、隐蔽性好等诸多优点已经在导弹尾焰探测、臭氧层空洞监测、医学检测和火焰探测等诸多领域发挥了巨大的作用。

目前，随着半导体器件的集成度按摩尔定律指数性提高，光电探测器的尺寸也在不断减小，但是有源区面积的减小会降低器件的光电转化效率，因此，不利于微弱信号的检测及其后级运算电路、读出电路的设计。虽然采用金属表面等离子体技术是实现高光电转化率、小体积光电探测器的一个有效途径(MRS Bull.2012,37,728–738)。但是由于金属表面等离极化激元和紫外辐射的能量匹配以及紫外波段能量损耗严重等问题，这项技术目前大多应用于可见和红外波段。

针对上述技术难题，本发明提出一种杂化表面等离子体微腔结构紫外探测器，此种复合微腔结构可以集成光学空间层对电场的干涉调制和表面等离激元前向散射的双重优势,从而使紫外辐射主要光场强度的极值分布在有源区，解决了紫外探测器尺寸的减小和器件光电转化效率的提高难以同时实现的矛盾。此外，此种器件结构简单，易于耦合焦平面读出电路，有益于下一代高密度集成光电回路的开发。

发明内容

本发明的目的在于提供一种杂化表面等离子体Fabry-Perot微腔结构紫外探测器及其制备方法，最终获得工作波长小于380nm、具有高性能、小体积的紫外光电探测器。

本发明的目的一是提供一种微腔结构紫外探测器如附图1所示，包括：金属薄膜反射层1，宽禁带半导体微/纳米线2，金属电极层3，金属纳米粒子4。

本发明的目的二是提供一种微腔结构紫外探测器的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，如附图2所示，包括如下步骤：

①在生长籽晶层之前在硫酸、盐酸体积比为3：1的混合液中加热5-30分钟来去除衬底表面附着的无机物(蓝宝石之外衬底无需此操作)，衬底依次放入丙酮、乙醇与去离子水中各自超声清洗5-30分钟去除衬底表面附着的有机物，清洗完毕后用氮气吹干，并放入氧等离子清洗机中处理5分钟，待处理完成，拿出后备用。

②在处理过后的衬底上制备一层籽晶层。

③将质量比为1:1的高纯宽禁带半导体粉体与石墨粉充分混合、研磨2个小时以上。将上述混合粉末置于陶瓷舟中间位置，并将带有籽晶层的衬底放在混合粉末的正上方，之后再将陶瓷舟水平放至石英管中，将石英管放至水平高温管式炉的生长室内生长四边形宽禁带半导体微/纳米线2。

④生长完具有Fabry-Perot微腔结构的四边形宽禁带半导体微/纳米线之后，在单根四边形宽禁带半导体微/纳米线沿轴线方向的下侧制备金属薄膜1。

⑤在金属薄膜材料对侧(即四边形宽禁带半导体微/纳米线上侧)制备吸收峰位于紫外波段的金属纳米粒子4，其形貌包括球体、椭球体、三角柱其中一种以及上述结构组成的不规则形貌。

⑥最后，在上下两侧带有金属薄膜及金属纳米粒子的单根四边形宽禁带半导体微/纳米线两端制备金属电极层3。