[发明专利]一种窄带光电探测器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种窄带光电探测器及其制备方法，包括基底、第一一维光子晶体、第一空间层薄膜、第一金属层薄膜、第一半导体层薄膜、第二金属层薄膜、第二空间层薄膜和第二一维光子晶体。制备方法如下：在基底表面溅射两种材料制得第一一维光子晶体；在第一一维光子晶体表面溅射介质材料制得第一空间层薄膜；在第一空间层薄膜表面蒸镀金属材料制得第一金属层薄膜；在第一金属层薄膜表面溅射半导体材料制得第一半导体层薄膜，再在其上表面蒸镀金属材料，制得第一金属层薄膜；在第二金属层薄膜表面溅射介质材料制得第二空间层薄膜，在第二空间层薄膜表面溅射两种材料制得第二一维光子晶体。本发明还具有光电响应波长可调、响应带宽窄等优点。

技术领域

本发明涉及光电探测技术领域，尤其涉及一种窄带光电探测器及其制备方法。

背景技术

光电探测器能被广泛应用于军事和国民经济的各个领域，是光通信、光信息处理的核心元件之一，因而成为国内外研究的重要课题。传统的基于半导体材料的光电探测器通常受到材料禁带的限制，只能探测能量大于禁带的光子。针对这一问题，研究工作者提出了一种基于金属纳米结构的热电子光电探测器。该类器件利用金属纳米结构的表面等离激元产生大量热电子，这些热电子能够发射到半导体或者隧穿氧化物绝缘体形成光电流，可用于光探测。该类器件的工作波长不受半导体禁带的限制，可用于探测能量低于半导体禁带的可见光和近红外光，因而成为国内外研究的前沿热点课题。

在目前研究的各类热电子器件中，金属-绝缘体-金属结构(Metal-Insulator-Metal,MIM)、金属-半导体-金属结构(Metal-Semiconductor-Metal,MSM)具有结构简单、可制成平面结构等优点而成为国内外研究关注的重点之一。目前，研究工作主要集中在设计不同的光学结构，以提高器件的净光学吸收(即：两金属薄膜的光学吸收之差)，进而提高响应度。例如，F.Wang等人采用棱镜激发表面等离激元来提高MIM热电子器件的净光学吸收，获得15nA/W的响应度；H.Chalabi等人制备了基于Au纳米光栅/Al₂O₃/Au的热电子光电探测器，利用光栅激发表面等离激元以提高器件的净光学吸收，将响应度提高至80nA/W。然而，与实用化的半导体光电探测器的响应度相比，上述器件的响应度仍然很低。基于上述原因，X.Li将光学Tamm等离极化激元(Tamm Plasmon Polaritons,TPP)引入到MSM热电子光电子探测器。将TPP与MSM相结合，构建了基于TPP的MSM热电子光电探测器。TPP仍不能很好地解决MSM结构中内部量子效率和净光学吸收之间没有同时优化这一问题：利用TPP获得较高的净光学吸收时，Au薄膜必须保持较厚的厚度，这降低了MSM结构的内部量子效率，导致器件在零偏压条件下的最优响应度仍相对较低，仅为13.7μA/W。

因此，现有技术需要进一步改进和完善。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种窄带光电探测器。

本发明的另一目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于上述光电探测器的制备方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种窄光谱响应的热电子光电探测器，该热电子光电探测器主要包括基底、以及自下而上依次固定设置在基底上的第一一维光子晶体、第一空间层薄膜、第一金属层薄膜、第一半导体层薄膜、第二金属层薄膜、第二空间层薄膜和第二一维光子晶体。所述的第一金属层薄膜和第二金属层薄膜上设有分别固定设有第一电极和第二电极。第一一维光子晶体和第二光子晶体具有不同禁带中心波长，通过分别调控第一一维光子晶体和第二一维光子晶体的结构参数，可以控制第一一维光子晶体和第二一维光子的禁带中心波长，和第一空间层薄膜和第二空间层薄膜的厚度来控制双Tamm耦合模式的波长，进而调控窄带宽光电探测器的吸收率光谱，即可实现对光电探测器响应度、响应波长和带宽的调控和优化。

作为本发明的优选方案，所述第一一维光子晶体和第二一维光子晶体均由薄膜介质周期性排列而成。