[发明专利]一种基于肖特基-MOS混合结构的光致负阻器件

说明书

本发明公开了一种基于肖特基‑MOS混合结构的光致负阻器件，包括半导体衬底，半导体衬底的上表面覆盖氧化物隔离层，氧化物隔离层的上表面覆盖环形顶电极；氧化物隔离层上开有圆形氧化层窗口；氧化层窗口的面积为顶电极所围面积的1/10～1/9；在氧化层窗口的内侧壁、半导体衬底暴露部分、顶电极的内侧壁和上表面、氧化物隔离层上表面覆盖石墨烯薄膜；本发明以石墨烯作为有源层和透明电极，石墨烯与半导体接触形成肖特基结，石墨烯覆盖在氧化物的上表面与半导体衬底形成MOS结，两种元件并联形成混合结构。一定强度的光照可以直接控制器件的阻抗特性，适合应用于光电开关和光控振荡器等电路。本发明器件成本低廉，具有负阻区间大，响应速度快，易于集成的特点。

技术领域

本发明属于光电子器件技术领域，涉及光电子器件结构，尤其涉及一种基于肖特基-MOS混合结构的光致负阻器件。

背景技术

光学控制器件在工业界有着非常广泛的应用，如光敏电阻，高速光耦等。负阻特性也称为负微分电阻特性，是指一些电路或电子元件在某特定埠的电流增加时，电压反而减少的特性。负阻元件在振荡电路和混频电路中有非常广泛的应用。

石墨烯是由单层sp²杂化碳原子构成的蜂窝状二维平面晶体薄膜，具有优异的力、热、光、电等性能。与普通金属不同，石墨烯是一种具有透明和柔性的新型二维导电材料。石墨烯和硅接触可以形成肖特基结，制备工艺简单，在光电探测领域有广泛应用。石墨烯/二氧化硅/硅则可以形成MOS结，在栅电压的作用下半导体形成的耗尽层具有较强的光响应。通常科研人员研究石墨烯/硅肖特基结器件，二氧化硅仅用来绝缘，没有考虑到石墨烯/二氧化硅/硅的MOS结的作用，而且目前也没有人发现负阻特性的存在。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种基于肖特基-MOS混合结构的光致负阻器件，通过扩大MOS结面积，我们可以利用MOS结的表面复合制备出光致负阻器件；同时经过一系列的实验比较，我们得出在顶电极与肖特基结窗口距离在半导体衬底的少数载流子扩散长度，且器件在肖特基结面积占整个器件面积1/10～1/9时，负阻效应最为显著；负阻特性仅仅在大于5μW的光照下才存在；利用该器件的特性可以制造出集成度更高的光电开关或振荡器电路等。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于肖特基-MOS混合结构的光致负阻器件，包括：底电极、半导体衬底、氧化物隔离层、氧化层窗口、顶电极、石墨烯薄膜；其中，所述半导体衬底的上表面覆盖氧化物隔离层，在氧化物隔离层的上表面覆盖环形顶电极，顶电极的边界小于氧化物隔离层的边界；在氧化物隔离层上开有与环形顶电极同轴的圆形氧化层窗口，使窗口区域的半导体衬底暴露出来；顶电极内边缘到氧化层窗口外边缘的距离为半导体衬底的少数载流子扩散长度，且氧化层窗口的面积为顶电极所围面积的1/10～1/9；在氧化层窗口的内侧壁、半导体衬底的暴露部分、环形顶电极的内侧壁和上表面、环形顶电极所围的氧化物隔离层的上表面覆盖石墨烯薄膜；在半导体衬底下表面设置底电极。

进一步地，所述石墨烯薄膜同时覆盖在氧化物隔离层和氧化层窗口上构成MOS结和肖特基结的混合结构。

进一步地，所述半导体衬底为电阻率为1～10Ω·cm的n型硅衬底。

进一步地，所述顶电极内边缘到氧化层窗口外边缘的距离在100～200um之间。

进一步地，该负阻器件工作的必要条件为光功率大于5μW的外部光源照射。

本发明具有以下有益效果：

1.本发明基于的原理是，在一定栅压范围内，MOS结下半导体的表面复合速度随着栅压的增大先增加后减小。器件工作反偏时，栅下的半导体进入耗尽状态，能够吸收光子产生光生电荷，而在较小的电压范围内，随着电压的增加，半导体表面复合率上升，导致一部分的光生电荷在MOS结表面复合增加，最终在肖特基结表现出来的光电流减小的负阻特性。