[发明专利]基于金属-半导体-金属结构的透明紫外光电探测器

说明书

本发明公开了一种基于金属‑半导体‑金属结构的透明紫外光电探测器，自下而上依次为透明基底、有源层和叉指电极；所述的有源层为透明的宽禁带半导体，禁带宽度大于3.1 eV，厚度大于紫外光渗透深度；所述的叉指电极为超薄金属薄膜，厚度小于等于15 nm，可见光‑近红外波段透射率大于70%；整个紫外光电探测器透明，可见光‑近红外波段透射率大于65%。本发明结构简单，易于加工，响应度高，响应速度快，具有良好柔韧性，具有应用于透明光电子器件和柔性可穿戴光电子器件领域的巨大潜力。

技术领域

本发明属于半导体光电子器件技术领域，尤其涉及一种基于金属-半导体-金属结构的透明紫外光电探测器。

背景技术

透明紫外光电探测器是将紫外波段的光信号转换为电信号进行测量且外观透明的光电子器件，除了可以用于紫外通讯系统、污染检测和火焰监测等传统非透明紫外探测器的应用领域外，还在智能窗户、电子皮肤等新型透明电子器件中有着不可替代的作用。

透明紫外光电探测器通常包括透明基底、宽禁带半导体有源层和透明电极三部分。目前，根据工作原理分类，透明紫外光电探测器主要有光电导型探测器、p-n结光电二极管、肖特基结光电二极管三种。而另一种结构简单的光电探测器——金属-半导体-金属结构的光电二极管在透明紫外光电探测器领域却少有报道，主要原因是该结构中的金属薄膜电极严重影响了器件的透射率。同时，由于金属电极在有源层上形成了大面积遮挡，金属-半导体-金属结构的光电探测器通常存在响应度偏低的问题。

现有技术中，商用透明导电薄膜ITO性质脆，易断裂，含有稀有元素，价格昂贵。新兴的碳基透明电极，如石墨烯、碳纳米管、有机聚合物等，因载流子浓度低，导电性差。金属纳米线往往随机分布，粗糙度大，与衬底粘附性差，易脱落。金属网格结构往往需要较厚的网格线才能保证其具有足够高的导电性，此时，透射率受制于网格开孔率的大小，表面粗糙度显著增加，给封装工艺带来挑战。

发明内容

本发明旨在克服现有技术劣势，提供一种基于金属-半导体-金属结构的透明紫外光电探测器。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种基于金属-半导体-金属结构的透明紫外光电探测器，自下而上依次为透明基底、有源层和叉指电极；所述的有源层为透明的宽禁带半导体，禁带宽度大于3.1 eV，厚度大于紫外光渗透深度；所述的叉指电极为超薄金属薄膜，厚度小于等于15 nm，可见光-近红外波段透射率大于70%；整个紫外光电探测器透明，可见光-近红外波段透射率大于65%。

所述的透明基底采用刚性或柔性材料。

所述的叉指电极为超薄金属薄膜，采用单一金属、金属合金、金属/介质双层结构或介质/金属/介质三层结构。

所述的单一金属为银、金、铂、铜或铝；所述的金属合金为银铝合金、银铜合金、铜铝合金或掺氧的银；所述的金属/介质双层结构或介质/金属/介质三层结构中，金属为银、金、铂、铜或铝，介质为氧化锌、氧化钼、氧化铝、氧化钨、氧化钒或ITO。

所述的基于金属-半导体-金属结构的透明紫外光电探测器，集成于智能玻璃窗、智能手机屏幕或者可穿戴器件，用于传感或者紫外线的监测。

所述的基于金属-半导体-金属结构的透明紫外光电探测器，集成于电子皮肤，用于实时监测接受紫外线照射的剂量。

相比现有技术，本发明的有益效果包括：

（1）本发明采用透明金属薄膜作为电极，使得基于金属-半导体-金属结构的紫外光电探测器外观透明，其在可见光-近红外波段透射率高于传统的采用非透明金属薄膜制备的金属-半导体-金属结构的紫外光电探测器，在透明光电子器件领域具有广阔应用市场。

（2）本发明所采用的金属薄膜对紫外光也具有足够高的透射率，故所述的基于金属-半导体-金属结构的透明紫外光电探测器，相比传统的基于金属-半导体-金属结构的非透明紫外光电探测器具有更高的光电响应度。