[发明专利]一种基于深能级缺陷态的CdTe宽光谱探测器及其工作方法

说明书

本发明公开了一种基于深能级缺陷态的CdTe宽光谱探测器及其工作方法，特点是使用分子束外延系统并通过范德华外延方式调控制备具有深能级的CdTe外延薄膜。采用简单的水溶法，可实现CdTe外延薄膜的大面积剥离与转移。将CdTe外延薄膜转移到表面含有SiO₂薄层膜的重掺Si晶圆衬底上，再利用标准的光刻工艺，结合金属热蒸镀技术实现所设计的CdTe宽光谱探测器。利用本发明，可使CdTe光电探测器的探测范围得到拓展，截止波长从原来的870纳米拓展到1.65微米，实现由紫外到长波近红外波段的宽谱探测，故在光纤通信波段1.3到1.6微米的光电器件，以及中心波长为1.25微米和1.6微米的白天和夜间微弱辉光的成像应用等方面具有巨大应用前景。

技术领域

本发明涉及光电器件制造领域，尤其是一种基于深能级缺陷态的CdTe宽光谱探测器及其工作方法。具有深能级缺陷态的CdTe外延薄膜作为沟道材料，利用栅极电压调控深能级态的占据和未被占据情况，来实现CdTe光电探测器响应谱的拓展。

背景技术

CdTe是一种重要的II-VI族化合物半导体，常应用于室温高能射线探测领域、太阳能电池领域以及作为经典红外探测材料碲镉汞外延生长的衬底材料。

近年来，CdTe由于具有较低的暗电流和优良的光电性质，在光电探测领域受到了广泛关注。CdTe的带隙为1.5eV，能量低于1.5eV即波长大于830纳米的光子则无法探测，这使得CdTe在光电探测器应用受到极大的限制。有关CdTe材料各类缺陷能级及不同能级载流子寿命的研究十分广泛，但将其应用于电子器件和光电探测器领域的研究较少。

CdTe是典型的II-VI半导体材料，它不仅有共价键成键更有离子键作用，这导致CdTe晶体易于出现不同的缺陷态，如反位原子、间隙原子等，从而导致浅能级和深能级缺陷态等。尽管对这些缺陷能级相关的物理进行深入系统的研究，但利用深能级态物理现象，来研制电子器件和光电子器件并未涉及。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于深能级缺陷态，来拓展CdTe光电探测器的响应谱及其工作方法，以弥补背景技术中所述的不足。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种基于深能级缺陷态的CdTe宽光谱探测器，该探测器基于晶体管结构，特点是使用分子束外延系统，在范德华衬底上制备具有深能级缺陷态的CdTe外延薄膜；将所述CdTe外延薄膜转移到表面含有SiO₂薄层膜的重掺Si晶圆衬底上作为沟道材料；采用氩离子刻蚀和光刻将CdTe外延薄膜图形化，利用光刻和金属热蒸镀法制备Cr/Au金属电极作为源漏电极，在划去氧化层的重掺硅上涂Ag浆作为栅电极，即构成所述的CdTe宽光谱探测器。

所述范德华衬底为云母即Mica、石墨烯、MoTe₂、WSe₂或NbSe₂。

所述具有深能级缺陷态的CdTe外延薄膜，在制备过程中，是通过调控分子束外延系统中的束流比为CdTe:Te=1:1.9-2.1和生长温度为270-300℃制得的CdTe外延薄膜，通过控制生长时间，从几十分钟至几小时，厚度从几十纳米到10微米。

所述薄膜转移是将聚二甲基硅氧烷即PDMS薄膜粘在CdTe外延薄膜表面，随后将PDMS/CdTe/Mica放置于去离子水中浸泡1-6小时，待PDMS/CdTe薄膜与Mica衬底分离后，将其对粘在表面含有SiO₂薄层膜的重掺Si晶圆衬底上，最后将PDMS取下。