[发明专利]多孔纳米硅可见光探测器及其制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种多孔纳米硅可见光探测器及其制备方法，属于传感与测量技术领域。

二、背景技术

在半导体光探测器中，可见光的探测器显得十分重要。常见的可见光探测器有硅光电二极管、PIN光电二极管、雪崩光电二极管等，它们主要是以硅锗半导体材料来制作的。在制作这些光电二极管的过程中，需要用到复杂的磷硼扩散工艺以形成PN结，需要高温氧化以形成二氧化硅减反射膜，还需要镀膜设备在真空环境下制作电极。为了克服工艺复杂、设备专业昂贵、需要高温高真空的缺点，本发明提供一种多孔纳米硅可见光探测器及其制备方法，制备条件温和，不需高温，不需真空蒸镀电极。

三、发明内容

本发明提供一种多孔纳米硅可见光探测器及其制备方法，采用纳米硅半导体与电解液接触的技术，不需真空蒸镀电极，使之能够将接收到的可见光光子信号转换为电信号。

本发明多孔纳米硅可见光探测器，其特征在于：所述多孔纳米硅可见光探测器中含有电解液，它是以多孔纳米硅薄膜为光子接收器的基本单元并作为探测器的一个电极，以金属丝网作为所述多孔纳米硅可见光探测器的另一个电极，将接收到的可见光光子信号转换为电信号的光电器件。

本发明多孔纳米硅可见光探测器的制备方法，其具体步骤如下：

1)选择单面或双面抛光的硅片作为衬底材料，一面蒸镀一层铝膜，热处理形成欧姆接触；

2)将上述硅衬底材料放入含氢氟酸的液体里进行电化学腐蚀，形成多孔纳米硅薄膜；

3)以上述多孔纳米硅薄膜作为一个电极材料，以金属丝网作为另一个电极材料，在所述两个电极之间注入电解液，封装形成所述的多孔纳米硅可见光探测器；

4)在所述的多孔纳米硅可见光探测器之两个电极之间加上偏压，当用可见光束照射所述的多孔纳米硅薄膜时，该探测器将接收到的可见光光子信号转换为电信号。

本发明多孔纳米硅可见光探测器，其特征在于：对整个可见光谱区内的光子有响应；工作温度在零下60摄氏度至零上200摄氏度。

本发明多孔纳米硅可见光探测器的多孔纳米硅薄膜是以纳米硅为基本骨架的多孔半导体薄膜，其厚度在1纳米至1000微米之间，其特征在于：具有导电特性，其电阻率在0.002-1000欧姆·厘米之间。

本发明多孔纳米硅可见光探测器的金属丝网包括但不限于用铂、金、铜等金属及其合金制成的金属丝、金属圈、金属棒和金属网，其特征在于：具有导电能力并作为多孔纳米硅可见光探测器的一个电极；具有让部分或全部入射光通过的能力。

多孔纳米硅可见光探测器的电解液包括但不限于有机电解液和水性电解液。

四、附图说明

图1是本发明制备的孔纳米硅可见光探测器的光生电压随光照时间变化关系图。

图2是本发明制备的多孔纳米硅可见光探测器随间歇式可见光照射时产生的光生电压。

五、具体实施方式

本实施方式中以p型硅为原料制备多孔纳米硅、以氯化钾水溶液作电解液、以铂金丝网作对电极为例阐释多孔纳米硅可见光探测器及其制作方法。

选择单面抛光的p型硅片作为衬底材料，背面蒸镀一层铝膜，热处理形成欧姆接触后，放在由浓度为40％的氢氟酸和浓度为95％的乙醇按1∶1等体积比配制成的电解液中，电流密度为3毫安每平方厘米，通电60分钟，取出清洗干燥，获得多孔纳米硅薄膜；将所述多孔纳米硅薄膜作为工作电极，与浓度为1M的氯化钾水性电解液接触，以铂金丝网作对电极，封装后制成了多孔纳米硅可见光探测器。当用室内普通可见光照射多孔纳米硅可见光探测器时，所述探测器就有光生电压和电流产生；图1为本发明多孔纳米硅可见光探测器的光生电压随光照时间的变化关系图，结果表明多孔纳米硅可见光探测器的光生电压达到1伏特，而且十分稳定。当用普通室内可见光间歇式照射多孔纳米硅可见光探测器时，多孔纳米硅可见光探测器就会间歇式地产生光生电压和电流；图2为本发明多孔纳米硅可见光探测器随间歇式可见光照射时产生的光生电压。

多孔纳米硅可见光探测器的制备条件温和，不需高温，不需真空蒸镀电极，对可见光的响应速度快，适用于做可见光探测器和光开关。