[发明专利]一种光电探测器及其制备方法

说明书

本发明提供了一种光电探测器及其制备方法，涉及光电探测器技术领域。光电探测器包括衬底、由金属薄膜层快速退火形成的金属纳米颗粒层、金属籽晶层、金属纳米线阵列、绝缘材料、第一金属电极和第二金属电极。本发明提供的光电探测器及其制备方法，通过在金属籽晶层和金属纳米线阵列之间插入金属纳米颗粒层，能够提高光电探测器中光生电子空穴对的分离速率，进而提高光照响应速度；通过改变金属薄膜层的材质、厚度、退火温度、退火时间和退火气体氛围，能够改变金属纳米颗粒层的性质，进而提高光电探测器对入射光的吸收准确性，并实现对入射光波长吸收范围的可调谐。

技术领域

本发明涉及光电探测技术领域，特别是涉及一种光电探测器及其制备方法。

背景技术

光电探测器在军事通信、人体运动传感器、傅里叶变换红外光谱、医疗环境监测、远程控制、温度传感、热成像等领域有着广泛的应用，近年来受到越来越多的关注。目前大多数光电探测器都是基于窄带隙半导体材料，例如砷化铟、锑化铟、砷化钾及硫化铅等。然而，这类探测器面临了几个挑战，首先，上述窄带隙半导体材料的生长通常都是复杂且对环境不友好的，增大了它们与其他材料制成异质结的难度；其次，这些窄带隙半导体材料对红外波段的光有响应的同时，对波长短于红外波长的光也有很大的响应，这降低了在实际使用中光电探测器的探测精准性；最后，以往的光电探测器受结构限制，只能在固定的光谱范围内有较高响应度，要想具有波长选择性必须配合滤光器使用，不能仅通过光电探测器的现有结构实现波长的可调谐。

除了上述基于窄带隙半导体材料的光电探测器外，现有还存在基于第三代半导体材料氧化锌的光电探测器，其具有优越的热释电性能、高的激子结合能，化学稳定性好，易于制备且环境友好等优点，被广泛用于制备光电子器件。氧化锌与金属材料结合形成异质结制成的光电探测器也已被广泛研究，但是其不能保证探测精准性，为实现波长的可调谐也仍需要配合滤光器。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种光电探测器及其制备方法。在光电探测器的衬底和氧化锌纳米线阵列之间插入了由金属薄膜层经快速退火处理形成的金属纳米颗粒层。通过改变金属薄膜层的材质、厚度，或者通过改变退火处理的退火温度、退火时间、退火气体氛围，可提高光电探测器自身的光照响应速度，同时改变光电探测器对不同波长入射光的吸收能力，在无需配合滤光器的情况下，就可实现光电探测器的入射光波长可调谐。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种光电探测器，包括：

衬底，正面抛光；

金属纳米颗粒层，通过对金属薄膜层快速退火处理得到；先在所述衬底的正面沉积一层所述金属薄膜层，所述金属薄膜层完全覆盖所述衬底的正面；所述金属薄膜层在设定退火条件下经快速退火处理得到所述金属纳米颗粒层；所述金属纳米颗粒层包括多个间隔排布的金属纳米颗粒；通过改变所述退火条件，实现所述光电探测器对入射光波长的可调谐；

氧化锌籽晶层，沉积于多个所述金属纳米颗粒上；所述氧化锌籽晶层的厚度大于或者等于金属纳米颗粒的直径，当氧化锌籽晶层覆盖于金属纳米颗粒上表面后，金属纳米颗粒不露出于氧化锌籽晶层的上表面；

氧化锌纳米线阵列，为所述氧化锌籽晶层在设定条件下于生长溶液中生长所得；将依次沉积有氧化锌籽晶层和金属纳米颗粒层的所述衬底倒置放入生长溶液中，在设定的生长条件下，所述氧化锌籽晶层倒置，在氧化锌籽晶层表面垂直向下生长出氧化锌纳米线阵列；

所述氧化锌纳米线阵列与所述氧化锌籽晶层直接接触的面为所述氧化锌纳米线阵列的下表面，与其相对的另一面为所述氧化锌纳米线阵列的上表面；

绝缘材料，填充于所述氧化锌纳米线阵列的间隙中；所述绝缘材料的厚度小于所述氧化锌纳米线阵列的上表面和下表面之间的距离；

第一金属电极，沉积并完全覆盖于所述氧化锌纳米线阵列的上表面；

第二金属电极，位于与所述衬底的正面相对的衬底的背面。