[发明专利]光谱选择性光电探测器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体光电技术领域，尤其涉及光谱选择性光电探测器及其制备方法。

背景技术

光电探测器是指对光子进行探测的器件。光子探测技术在军事和民用领域都有着广泛而重要的应用前景，例如在民用领域，它可用于火灾监测、光通讯、环境监测、医疗保健等方面；在军事领域，它在紫外告警、紫外通讯、紫外/红外复合制导和导弹探测等方面有广泛的应用。

光电探测器的工作过程包括下面三个步骤：（1）入射光产生载流子；（2）载流子输运和被某种可能存在的电流增益机构倍增；（3）电流和外电路相互作用，提供输出信号。而步骤（1）中入射光产生光生载流子需要的条件为其能量大于半导体禁带宽度，探测器往往会对大于其禁带宽度的光谱范围都有响应，探测器的光谱选择性较差，例如对于氮化镓半导体材料，对于入射光波长小于365nm的入射光都有响应。而在很多情况下，需要对某一特定波长或波段的光谱进行探测，这时候就需要光子探测器具有很高的光谱选择性。为了实现高光谱选择性，通常需要在探测器上加一个或多个滤波器或者更改半导体能带结构。这种滤波器一般体积较大，易碎并且价格昂贵，这就增加了探测器的复杂程度和造价，也使得探测器的适用范围大为缩小。半导体能带结构的精确调节也会带来更高的成本。

2011年，Mark W. Knight等人提出利用纳米级金属条状结构结合Si衬底，利用等离激元激发的热电子越过肖特基结，以实现对于红外光的探测，而通过使用不同尺寸的金属条状结构阵列实现了对于入射光波长的选择性吸收。该结构避免了“滤波器”的引入，但受制于金属结构消光峰的较宽半高宽（100 nm以上），其光谱选择性较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供光谱选择性光电探测器及其制备方法。

为了解决上述问题，本发明提供了一种光谱选择性光电探测器，包括基底以及在基底上依次设置的等离激元结构层和掺锡氧化铟层，所述等离激元结构层包括多个介质结构单元，每个介质结构单元包括一条状主吸收窗口以及一对或多对条状吸收调节窗口，所述条状吸收调节窗口位于条状主吸收窗口一侧或两侧。

所述基底和等离激元结构层之间进一步包括依次按照远离基底方向设置于基底上的N型掺杂半导体层和粘附层。

所述基底为PIN光电二极管、雪崩光电二极管中任意一种。

所述每个介质结构单元中所有条状吸收调节窗口均互相平行且与条状主吸收窗口相垂直。

所述条状吸收调节窗口和条状主吸收窗口通过绝缘介质隔离。

所述介质结构单元的材质为金属材料或石墨烯材料，所述金属材料为金、银、铝、铜、钛、镍、铬中任意一种或几种组合物。

所述粘附层的材料为Cr、Ti、Ni、TiN中任意一种或几种组合物。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种如上述的光谱选择性光电探测器的制备方法，包括步骤：

1）提供基底；

2）在基底上生长等离激元结构层并图形化，以形成多个介质结构单元；

3）在等离激元结构层的裸露表面上生长掺锡氧化铟层。

步骤2）的图形化方法采用电子束光刻、纳米压印技术、电子束蒸发以及磁控溅射中任意一种。

步骤1）与步骤2）之间还包括步骤：在所述基底和等离激元结构层之间依次按照远离基底方向在基底的裸露表面上生长N型掺杂半导体层和粘附层。

步骤2）与步骤3）之间还包括步骤：在等离激元结构层的裸露表面生长绝缘介质以隔离条状吸收调节窗口和条状主吸收窗口。

本发明的优点在于，通过在金属条状结构的条状主吸收窗口的双边或单边引入多翼结构，在原本较宽的主吸收峰位的两侧或一侧引入条状吸收调节窗口，藉此实现了对于吸收峰半高宽的降低，从而提高了光电流响应对于波长的分辨率。同时，随着两侧翼或单侧翼的条状吸收调节窗口成对增加，通过两侧多翼暗态直接的耦合作用，将次吸收峰区逐渐消除。因此，等离激元金属结构起到了“滤波器”的作用。而通过使用不同等离激元层的结构尺寸，可以实现对整个可见光区中某较窄的特定波段进行选择性的吸收，从而实现了具有高光谱选择性可见光电探测器。

该器件结构简单，易加工，并且不需额外增加配件可以实现高的光谱选择性探测。

附图说明

图1是本发明提供的一种光谱选择性光电探测器第一具体实施方式的结构图；

图2是本发明提供的一种光谱选择性光电探测器第一具体实施方式的横截面结构图；

图3是本发明提供的一种光谱选择性光电探测器实施例一等离激元结构层水平界面结构；