[发明专利]一种石墨烯基内建电场铟镓砷探测器

说明书

本发明涉及一种石墨烯基内建电场铟镓砷探测器，采用磷化铟为衬底材料，依次在衬底上向上生长一层p掺杂的铟镓砷材料层、一层本征铟镓砷材料层、一层n掺杂的铟镓砷材料层、一层氧化硅介质层；在氧化硅介质层中央区域转移或沉积单层石墨烯层，在氧化硅介质层上单层石墨烯层两侧生长源电极和漏电极，在磷化铟衬底下生长背栅电极。单层石墨烯具有超高的电导率与迁移率；另一方面在p‑n结内建电场作用下，光生载流子的漂移运动使得源漏电流大大增加，极大增强了探测器探测能力。

技术领域

本发明涉及一种半导体器件，特别涉及一种石墨烯基内建电场铟镓砷探测器。

背景技术

在自然界中，温度高于绝对零度的任何物体，都会不断地向四周辐射红外谱线，物体发出的辐射，都要通过大气传输才能到达红外接收装置。由于大气中二氧化碳、水蒸气等气体对红外辐射会产生选择性吸收和微粒散射，使红外辐射发生不同程度的衰减。通常将大气窗口分为短波红外(1～3μm)、中波红外(3～6μm)、和长波红外(6～15μm)。

红外探测技术是利用目标与背景间的红外辐射差所形成的热点或图像获取目标及背景信息。根据探测目标波长的不同，所选用的探测器也不同，在短波红外探测领域，铟镓砷(InGaAs)红外探测器因其具有常温工作特性以及铟镓砷材料生长的稳定性而倍受青睐。

单层石墨烯是目前已发现最薄的二维层状材料，由于其优越的高比表面积、超高载流子迁移率、机械性能好等物理化学特性,已在光电子器件、光学复合材料、传感器等众多领域得到广泛的应用。

发明内容

本发明是针对的问题，提出了一种石墨烯基内建电场铟镓砷探测器，通过内建电场使石墨烯层中产生感应电荷，从而增强探测器源、漏电极间电流，增强光电探测，以适应新型电子器件高速发展的需求。

本发明的技术方案为：一种石墨烯基内建电场铟镓砷探测器，采用磷化铟为衬底材料，依次在衬底上向上生长一层p掺杂的铟镓砷材料层、一层本征铟镓砷材料层、一层n掺杂的铟镓砷材料层、一层氧化硅介质层；在氧化硅介质层中央区域转移或沉积单层石墨烯层，在氧化硅介质层上单层石墨烯层两侧生长源电极和漏电极，在磷化铟衬底下生长背栅电极。

所述的磷化铟衬底材料厚度为330μm～370μm。

所述p掺杂的铟镓砷材料层厚度为0.95μm，其中掺Zn浓度为4×10¹⁸cm^-3。

所述本征铟镓砷材料层厚度为1.5μm。

所述n掺杂的铟镓砷材料层厚度为1μm，掺Si浓度为2×10¹⁸cm^-3。

所述氧化硅介质层厚度为90nm～300nm。

所述单层石墨烯层厚度在1nm以下。

所述源电极和漏电极为与单层石墨烯层形成良好的欧姆接触的金属电极。

所述背栅电极为与磷化铟衬底之间形成良好的欧姆接触的金属电极。

本发明的有益效果在于：本发明石墨烯基内建电场铟镓砷探测器，采用的石墨烯材料厚度为纳米量级，节省了单元器件的占有空间，有利于器件高密度发展；单层石墨烯具有超高的电导率与迁移率，提高了探测器性能；在p-n结内建电场作用下，光生载流子的漂移运动使得源漏电流大大增加，极大增强了探测器探测能力。

附图说明

图1为本发明石墨烯基内建电场InGaAs探测器结构示意侧面图；

图2为本发明石墨烯基内建电场InGaAs探测器结构示意A方向俯视图。

具体实施方式