[发明专利]一种基于径向结叠层结构的三原色光电探测方法

权利要求书

1.一种用于三原色光电探测的径向结叠层结构，其特征在于：在竖直硅纳米线表面覆盖生长多层不同掺杂类型的非晶硅，形成两层由内而外的PIN结构；并在两层结构之间淀积一层ITO透明导电膜以探测内外两层的光电探测响应电流；基于得到的径向结结构的腔体模式耦合特性，外层PIN结构的本征非晶硅作为吸收层对短波段（偏蓝）的入射光有较强响应；内层PIN结构的的本征非晶硅对长波段（偏红）的光有较强响应；当内外两层串联时，光响应波段是两者的交集部分，实现只用一种探测材料对可见光波段内三原色的分别探测；利用的是两层p-i-n结构对不同波段的响应差。

2.根据权利要求所述的径向结叠层结构，其特征在于：所述用于感光的半导体材料的非晶硅由多晶硅、纳米晶硅或非晶锗取代；是在目标探测波段内能产生光生载流子的任意一种半导体材料。

3.根据权利要求所述的径向结叠层结构，其特征在于：所述竖直硅纳米线是P型掺杂的竖直硅纳米线构成三维支架，并包覆多层不同掺杂类型的非晶硅构成叠层PIN结构；纳米支架的形貌可以是纳米线，纳米柱或纳米金字塔结构中的一种或几种的组合。

4.根据权利要求3所述的径向结叠层结构，其特征在于：衬底使用重掺硅片，普通玻璃片，石英片或不锈钢金属片等一系列廉价衬底。

5.根据权利要求3所述的径向结叠层结构，其特征在于：所述的纳米支架的形貌是纳米线，纳米柱，纳米棒或纳米金字塔结构中的一种或几种的组合。

6.用于三原色光电探测的径向结叠层结构的制备方法，其特征在于所述用于构成径向结叠层构架的纳米线阵列结构由自下而上的诱导方式生长而成，或使用自上而下的刻蚀方式形成纳米线阵列，刻蚀方式包括溶液法湿法刻蚀或者RIE干法刻蚀。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于所述诱导方式生长的方法中，诱导硅纳米线生长的金属可以是Sn，In，Au，Fe，Ni，Ga，Al等常用催化剂。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于纳米线阵列结构由自下而上的诱导方式生长为纳米线结构和薄膜制备，采用等离子化学气相沉积（PECVD）、低压气相沉积（LPCVD），化学气相沉积（CVD），激光烧蚀沉积（LAD），热蒸发，电子束蒸发（EBE），磁控溅射，溶胶－凝胶法等。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于所述作为三维构架的硅纳米线和外层薄膜的掺杂技术是在生长过程或者薄膜沉积过程中通入掺杂气体PH₃或者B₂H₆从而实现N型或P型掺杂；利用扩散或离子注入等方法获得不同掺杂类型的薄膜从而获得叠层PIN结构；所述纳米线和薄膜制备采用等离子化学气相沉积（PECVD）、低压气相沉积（LPCVD）、化学气相沉积（CVD）、激光烧蚀沉积（LAD）、电子束蒸发（EBE）或磁控溅射，溶胶－凝胶法；所述多层薄膜的掺杂方式可以是淀积过程中通入PH₃或B₂H₆等掺杂气源，或沉积后利用扩散或离子注入等方式实现掺杂分别生长N型非晶硅或P型非晶硅。

10.根据权利要求6-9之一所述的制备方法，其特征在于步骤包括：

1) 采用厚度为0.2~0.5mm的普通玻璃片或者重掺硅片作为基底；

2) 采用常规清洗方法基底表面，如果是玻璃衬底，清洗后溅射一层的掺铝氧化锌（AZO）薄膜作为底电极；

3) 在基底表面蒸镀一层1～2nm的Sn作为催化剂；

4) 在PECVD中氢气plasma处理从而形成约20～40nm的Sn颗粒；升温用VLS方法生长；在520℃下通入硅烷和硼烷生长直径40nm左右，长度1微米左右的P型硅纳米线阵列；

5) 在PECVD中200℃下依次沉积大约50nm的本征氢化非晶硅和10nm 的N型非晶硅构成内层的PIN结构；然后再用磁控溅射溅射一层大约50nm厚的ITO作为中间透明电极；

6) 然后再在PECVD中200℃下依次沉积约10nm的P型非晶硅、约30nm的本征氢化非晶硅和约10nm的N型非晶硅构成外层的PIN结构；接着再用磁控溅射溅射一层大约50nm的ITO薄膜作为顶电极；

7) 最后再用shadow mask蒸镀Ag作为栅线。