[发明专利]一种紫外/红外双色探测器及其制备方法

说明书

本发明提供的紫外/红外双色探测器，包括：自下而上依次层叠设置的衬底层、BN缓冲层、BN三维材料层、插入层及BN二维材料层，所述BN三维材料层及所述BN二维材料层上设有电极，所述BN三维材料层可探测紫外光，所述BN二维材料层可探测红外光，其中利用三维氮化硼材料依靠其宽禁带性能实现对紫外光的响应，利用二维氮化硼材料可与红外光发生共振，产生声子极化子，影响材料电导率，从而实现对红外光的探测。本发明提供的氮化硼紫外/红外双色探测器打破了宽禁带半导体红外透过的传统观念，为实现宽禁带半导体的红外探测奠定了理论基础。

技术领域

本发明涉及半导体制备技术领域，特别涉及一种紫外/红外双色探测器及其制备方法。

背景技术

红外探测器和紫外探测器已经广泛应用于军事和民用等各个方面。红外探测器的应用包括常见的红外感应(如感应水龙头、感应门和感应灯等)，以及矿产资源勘探、无损探伤、气体分析、红外成像、火警预警、红外精确制导、航空探测以及气象卫星等领域；紫外探测器在早期主要应用于紫外报警、紫外通信、紫外制导等军事领域，随后，紫外探测器也逐渐出现在紫外消毒、火灾探测、紫外固化和聚合、生物医学、光谱分析及粒子探测等领域。然而，随着实际应用环境的复杂化、集成度需求的不断提高以及红外干扰技术的快速发展，单色探测器越来越无法满足实际应用的需求。因此，为了有效地抑制背景的复杂度对探测器的影响，提高探测器对目标的探测效果，降低预警、搜索和跟踪系统中的虚警率，提高系统的性能以及在各种军事及民用平台上的通用性，研究人员试图把红外探测器和紫外探测器集成到一起，形成能同时探测紫外和红外波段的紫外/红外双色集成探测器，这也是目前光电探测器发展的一个重要方向。

目前，由于常用的紫外和红外探测材料晶格差异较大，很难通过异质外延生长将二者结合在一起。通常紫外/红外双色探测器都是通过胶粘等物理结合方式进行集成。这种集成方式结构复杂，不利于器件小型化和芯片化。因此，寻找一种同质集成的紫外/红外探测器是未来双色探测器发展的方向。

氮化硼(BN)是一种宽禁带半导体材料，其具备耐高温高压、耐酸碱腐蚀、高的击穿电场、高的热导率、高的电子饱和速率及抗辐射等优点，同时具有良好的紫外吸收特性，禁带宽度为5.97eV，对应于深紫外日盲波段，且氮化硼在此波段的吸收系数高达7×10⁵cm^-1(远高于AlN材料的2×10⁵cm^-1)，这使其成为制备深紫外光电探测器的优选材料；同时，氮化硼还可以制备成二维材料，二维BN材料(2D-BN)可与红外光发生共振，产生声子极化子，实现红外共振吸收响应(本效应已经被SNOM直接观测证实)。其红外共振吸收所产生的极化声子会沿面内传播，这与表面等离激元类似，可以利用极化声子的场增强效应对材料电导率的影响实现对红外光的探测。其中，为使二维氮化硼中实现探测电流信号，要对二维氮化硼预先进行掺杂以获得自由载流子，结合声子极化的增强效应实现红外探测响应。这一发现打破了宽禁带半导体红外透过的传统观念，为实现宽禁带半导体的红外探测奠定了理论基础。

发明内容

有鉴如此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供一种同质集成的紫外/红外双色探测器，以解决现有物理集成双色探测器的问题。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种紫外/红外双色探测器，包括：自下而上依次层叠设置的衬底层、BN缓冲层、BN三维材料层、插入层及BN二维材料层，所述BN三维材料层及所述BN二维材料层上设有电极，所述BN三维材料层可探测紫外光，所述BN二维材料层可探测红外光。

在一些较佳的实施例中，所述衬底层为蓝宝石。

在一些较佳的实施例中，所述BN缓冲层为AlN材料。

在一些较佳的实施例中，所述BN三维材料层及BN二维材料层均采用n型掺杂。

在一些较佳的实施例中，所述插入层为AlN或GaN宽禁带半导体。