[发明专利]一种宽探测波段双重等离子工作光电探测器的制备方法

说明书

本发明公开了一种宽探测波段双重等离子工作光电探测器及其制备方法，其是采用电子束及退火技术在n‑型硅片的上表面制备双层金纳米颗粒，两层金纳米颗粒之间利用单层石墨烯进行分隔。本发明的双重等离子光电探测器，采用双层金纳米颗粒产生强的双重等离子体共振效应，同时在平面硅肖特基光电探测器中引入金纳米颗粒/石墨烯/金纳米颗粒混合电极，混合电极的特殊结构保证了热电子的有效传输，通过双重等离子体共振电极，拓宽探测器的光电探测波长范围，最终的有效探测波长范围为360‑1330nm，其可在紫外‑可见‑近红外工作。

技术领域

本发明涉及一种光电探测器，更具体地说是涉及一种宽探测波段双重等离子工作光电探测器及其制备方法。

背景技术

光电探测器件可以将感应到的光信号转换为电信号，具有重要的军用价值和广阔的民用市场。光电探测器的种类有很多，其中硅基光电探测器以其成熟的工艺和优异的性能在遥感成像、天文学、农业、制药、环境监测和导航设备等领域有着重要的应用价值。但是近年来，随着光电探测器的需求市场越来越大，人们对于它的性能要求也是越来越严格。从半导体材料到器件结构的选择，光电探测器都面临着新的机遇与挑战。

有研究者开始将金属纳米颗粒的局域等离子体共振效应与光电探测器相结合，表面等离子体共振是在金属和电介质界面处入射光场在适当的条件(能量与动量匹配)下引发金属表面的自由电子相干振荡的一种物理现象。它能够有效地提升器件吸收光子的能力，加快热电子的注入，改善器件响应速度、探测率和灵敏度。但目前应用于光电探测器中的等离子共振结构多为单层，这就大大限制了器件的可提升空间。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供了一种宽探测波段双重等离子工作光电探测器及其制备方法，旨在通过双层金纳米颗粒等离子体共振结构与Si肖特基光电探测器相结合，并利用石墨烯的超薄厚度使得上下两层金纳米颗粒之间产生较强的表面等离子体共振效应，从而更好的吸收光子能量。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明公开了一种宽探测波段双重等离子工作光电探测器，其特点在于：所述宽探测波段双重等离子光电探测器是以n-型硅片为衬底；在所述衬底的上表面形成有第一层金纳米颗粒层，在所述第一层金纳米颗粒层上转移有一层石墨烯层，在所述石墨烯层上形成有第二层金纳米颗粒层，使得两层金纳米颗粒层之间通过石墨烯层隔开；在所述第二层金纳米颗粒层上设置有顶电极；在所述衬底的下表面设置有底电极。

具体的，所述第一层金纳米颗粒层与所述第二层金纳米颗粒层皆是由均匀分布的金纳米颗粒构成。

具体的，所述顶电极和所述底电极皆为通过涂抹银浆而形成的银电极。

上述宽探测波段双重等离子光电探测器的制备方法，包括如下步骤：

a、将n-型硅片依次使用丙酮、酒精、去离子水进行超声清洗，然后使用氮气吹干，作为衬底备用；

b、将衬底放入到电子束沉积腔室中，在衬底上表面蒸镀5nm金薄膜，然后冷却至室温，取出并放入快速退火炉中，在氩气环境中500℃退火30分钟，使金薄膜退火成为由金纳米颗粒均匀分布构成的第一层金纳米颗粒层；

c、在第一层金纳米颗粒层转移一层石墨烯，然后在60℃下烘烤5min以增强石墨烯的粘附性；

d、将衬底再次放入到电子束沉积腔室中，在石墨烯层上蒸镀5nm的金薄膜，然后冷却至室温，取出并放入快速退火炉中，在氩气环境中250℃退火30分钟，使金薄膜退火成为由金纳米颗粒均匀分布构成的第二层金纳米颗粒层；

e、利用银浆分别从衬底的下表面和第二层金纳米颗粒层的顶部引出底电极和顶电极，即完成宽探测波段双重等离子光电探测器的制备。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：