[发明专利]基于合金半导体纳米结构集成基片的光电探测器的制作

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于合金半导体纳米结构集成基片的光电探测器的制作，属于光电探测领域。

背景技术

半导体光电导探测器在国民经济和军事的各个领域有着广泛的应用，如在可见光或近红外波段，主要用于辐射测量和探测、光度计量、摄像管靶面等等；在红外波段主要用于导弹制导、红外热成像等方面。其中，具有宽带光谱响应的高灵敏度微型光探测器由于在光学传感、精确光谱测量等领域具有巨大的应用潜力，逐渐成为光电探测领域研究的目标之一。

目前市场化的光电探测器存在着诸多不足之处，例如：硅(间接带隙半导体材料)基光电探测器，虽然光谱响应范围较宽，但是，间接带隙材料的特点决定了其效率、吸收系数以及灵敏度等都低于直接带隙半导体光电探测器。其大面积探测器制备难度较大，且依托于传统的微加工设备的制备工艺，成本较高。

直接带隙半导体探测器在可见区及紫外有更高的吸收系数，具有更高的信噪比。然而，特定的直接带隙半导体材料只对带隙附近频率的入射光子具有较高的响应度和灵敏度，因此半导体光电探测器只对某一个波长范围内的光可以进行高灵敏度探测。

随着合金半导体纳米材料研究的展开，虽然多数人运用化学气相沉积的方法，实现了不同组分的合金半导体纳米结构(不同带隙)在很小基片上的渐变生成，研究发现单基片上渐变生长的一维合金半导体纳米结构具备很好的可调谐发光行为，同时理论上证明三元或四元合金纳米材料集成基片在光电转换方面也有着潜在优势，如宽光谱响应等特点。

本发明利用单基片上集成生长的带隙渐变的CdSSe合金纳米结构(从CdS均匀过渡到CdSe的一维纳米结构的基片)，通过对其光电性质的研究，发现其具有优良的光电导性能。以此为基础，我们实现宽带高灵敏、大面积光电探测，克服了传统光电探测器的缺点并推进了三元合金纳米材料在光电探测领域的发展。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有光电探测技术中探测范围内响应不均一、制作大面积光电探测器成本高的问题，提供一种基于合金半导体纳米结构集成基片的光电探测器的制作，该方法实现了以单基片上渐变生长的带隙可调的CdSSe三元合金半导体一维纳米结构为基础的大面积高灵敏响应均一的光电探测器。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

基于合金半导体纳米结构集成基片的光电探测器的制作，具体步骤如下：

步骤一：利用温度和压力可控的低成本CVD方法，通过控制反应温度(1000℃)升温速率(10℃/S-20℃/S)气流和生长时间(气体流量:6sccm-20sccm,生长时间:1小时-4小时)条件，在单基片上集成组分渐变的合金半导体纳米结构；

步骤二：从步骤一所得的产物中选取优良的样品；

步骤三：制作具有间隔的条形电极和叉指形电极的掩模板；

步骤四：通过热蒸发或电子束蒸发的蒸镀手段，在渐变分布的纳米结构的基片上制作优化的不同形状和宽度的金属电极结构；

步骤五：将步骤四中得到的产物与外围非线性放大电路连接，得到基于大面积单基片上集成生长的带隙渐变的CdSSe(硒硫化镉)三元合金半导体一维纳米结构的光电探测器。

步骤一所述的单基片在使用前需要经过预处理，处理方法为：在单基片上通过化学气相沉积方法得到三元CdSSe合金纳米结构，其中所用单基片在放入可快速升温且可长时间维持恒温的加热装置之前需经小型离子溅射仪镀金，在单基片表面形成厚度约为200-500纳米的金薄膜层。

步骤二所述的优良样品的标准为：在室温照明下可以看出生长的样品颜色从黄色(颜色同CdS)渐变至黑色(颜色同CdSe)，在离焦下的266nm脉冲激光激发下样品丰富的光致发光情况：颜色从绿色(光致发光情况同纯的CdS情况相同)渐变至红色(光致发光情况同纯的CdSe情况相同)。

步骤四所述的不同形状和宽度的电极结构包括叉指电极结构和条形电极结构，电极结构具体要求为：叉指电极覆盖整个基片，电极的长度和间距由基片大小决定，通常电极的宽度为基片宽度的1/10到1/20之间。条形电极之间间隔要涵盖所有微纳结构，电极宽度为0.5毫米至2毫米之间，厚度在微米量级。

步骤四所述的通过热蒸发或电子束蒸发的手段在渐变生长有不同组分纳米结构的基片上制作条形电极结构和叉指金属电极结构，后续的测试是基于半导体测试系统，采用两探针光电导测量方法。其中为了减小探针材料(此处所用为钨)与金属电极材料之间的势垒，此处电极材料优选为铝。(具体优选材料要视探针材料而定。