[发明专利]一种快速响应的半导体异质结紫外光探测器及其制作方法

说明书

本发明提供了一种快速响应的半导体异质结紫外光探测器及其制作方法，其中，快速响应的半导体异质结紫外光探测器，用于对紫外光信号进行快速探测，具有这样的特征，包括：绝缘衬底；二维结构半导体薄膜，设置在绝缘衬底的上端面上；金属电极，镀制在二维结构半导体薄膜的表面上；一维结构半导体纳米线阵列，垂直地生长在二维结构半导体薄膜的表面上；零维结构半导体量子点，均匀地附着在一维结构半导体纳米线的表面上；透明电极，设置在一维结构半导体纳米线阵列的顶端上；透明聚合物，设置在透明电极的上端面上；两根导线，分别连接在金属电极和透明电极上；以及封装聚合物，设置在二维结构半导体薄膜和透明聚合物之间的空隙处。

技术领域

本发明属于功能器件制作及应用技术研究领域，涉及一种快速响应的半导体异质结紫外光探测器及其制作方法。

背景技术

半导体紫外光探测器具有响应率高、灵敏度高、量子效率高、背景噪声低等优点，在卫星通信、火灾探测、生物传感器、环境监测以及化学分析等领域有广泛的应用。多数半导体紫外光探测器是基于半导体材料的光电导效应而工作，即利用紫外光照射具有合适禁带宽度的半导体材料，使位于价带的电子跃迁至导带形成非平衡载流子，显著地增加半导体材料的导电性，从而实现对紫外光信号的探测。智能化、集成式微纳电子器件的高速发展，要求新型半导体紫外光探测器件具有尺寸小、易集成、灵敏度高等特点。低维半导体纳米材料独有的高比表面积、量子尺寸效应、量子隧道效应等，使其成为紫外光探测领域最热门的材料之一。

新型半导体纳米紫外光探测器主要由SiC、ZnO、ZnS、GaN、AlN、AlGaN等宽带隙半导体纳米材料制作而成。其中，ZnO具有较大的禁带宽度、较高电子迁移率以及高的激子复合能，被认为是一种最有前途的紫外光探测器材料。

但ZnO材料本身具有较多的氧空位和锌间隙等固有缺陷，使其平衡载流子浓度较高，导致多数ZnO紫外光探测器存在暗电流过大、响应恢复速度慢、光电流稳定性差等问题(Nat.Commun.2014,5,4007)。研究发现能够通过将ZnO与具有不同功函数的半导体材料相结合形成异质结，由接触电势差产生内建电场，可以促进光生载流子的分离，从而提高ZnO紫外光探测器的响应恢复速度。其中，GaN与ZnO同为宽带隙半导体材料，具有相近的晶格特性和光电性能，因此ZnO/GaN异质结成为替代单纯ZnO材料应用于紫外光器件的热门材料之一。

目前，ZnO/GaN异质结大多采用n型ZnO和p型GaN材料构成，但是，上述材料制作的半导体光电器件的效率较低，半导体异质结紫外光探测器的性能较差，器件性能仍难以满足应用要求(Appl.Phys.Lett.2014,105,072106)。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种快速响应的半导体异质结紫外光探测器及其制作方法。

本发明提供了一种快速响应的半导体异质结紫外光探测器，用于对紫外光信号进行快速探测，具有这样的特征，包括：绝缘衬底；二维结构半导体薄膜，设置在绝缘衬底的上端面上；金属电极，镀制在二维结构半导体薄膜的表面上；一维结构半导体纳米线阵列，垂直地生长在二维结构半导体薄膜的表面上，包括多个一维结构半导体纳米线；零维结构半导体量子点，均匀地附着在一维结构半导体纳米线的表面上；透明电极，设置在一维结构半导体纳米线阵列的顶端上；透明聚合物，设置在透明电极的上端面上；两根导线，分别连接在金属电极和透明电极上；以及封装聚合物，设置在二维结构半导体薄膜和透明聚合物之间的空隙处。

在本发明提供的快速响应的半导体异质结紫外光探测器中，还可以具有这样的特征：其中，绝缘衬底的长和宽的范围均为0.01mm～100mm。

在本发明提供的快速响应的半导体异质结紫外光探测器中，还可以具有这样的特征：其中，二维结构半导体薄膜是n型，厚度是1nm～10μm，二维结构半导体薄膜的材料为GaN、ZnO、SnO、SnS或MoS₂中的一种。