[发明专利]一种异质结型光电探测器及其制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种P型碲化镉纳米带与N型石墨烯的异质结型光电探测器及其制备方法。

二、背景技术

光电探测器是指由辐射引起被照射材料电导率改变的一种物理现象。光电探测器在军事和国民经济的各个领域有广泛用途。在可见光或近红外波段主要用于射线测量和探测、工业自动控制、光度计量等；在红外波段主要用于导弹制导、红外热成像、红外遥感等方面。

光电探测器能把光信号转换为电信号。根据器件对辐射响应的方式不同或者说器件工作的机理不同，光电探测器可分为两大类：一类是光子探测器；另一类是热探测器。根据器件结构可以分为光电导型和结型(异质结)光电探测器。光电导性是由于光子在半导体中被吸收时，产生可移动的载流子所造成的。目前纳米半导体光电探测器大多都是基于光电导型结构，由于电极间的载流子传输时间的限制，其速度、响应时间等性能都较差。光电探测器的响应速度决定了其跟随光学信号快速转换的能力，在光波通讯及光通讯中有着极其重要的作用。较慢的响应速度将严重限制了光电探测器在光电器件集成电路中的应用。

三、发明内容

本发明旨在提供一种异质结型光电探测器及其制备方法，所要解决的技术问题是提高光电探测器的响应速度和性能的稳定性，并尽量简化制备方法使其适于工业化生产。

本发明异质结型光电探测器的异质结是由P碲化锌纳米带与N型石墨烯构成的。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明异质结型光电探测器具有如下结构：

在硅基底1的表面覆有二氧化硅层2，在二氧化硅层2的表面分散有平铺的碲化锌纳米带4，在所述碲化锌纳米带4的两端分别设置有欧姆电极3作为输出一极，所述欧姆电极3与所述碲化锌纳米带4呈欧姆接触；在所述碲化锌纳米带4上交叠覆有石墨烯5，所述石墨烯5位于两个欧姆电极3之间且与欧姆电极3隔离；在所述石墨烯5上设置有欧姆电极6作为另一输出极，所述欧姆电极6与所述石墨烯5呈欧姆接触且与碲化锌纳米带4和欧姆电极3隔离；

所述碲化锌纳米带4为P型碲化锌纳米带；所述石墨烯5为N型石墨烯；

所述欧姆电极3和欧姆电极6为金电极。

本发明异质结型光电探测器的制备方法如下：

将碲化锌纳米带4分散到硅基底1表面的二氧化硅层2上，随后采用紫外光刻技术在二氧化硅层2上光刻出一对电极图案，然后利用电子束镀膜技术蒸镀得到一对欧姆电极3，所述欧姆电极3与所述碲化锌纳米带4呈欧姆接触；将石墨烯5覆于二氧化硅层2的表面，利用紫外光刻技术在二氧化硅层2上光刻出与碲化锌纳米带4交叠且位于两个欧姆电极3之间并与欧姆电极3隔离的电极图案，然后利用氧等离子轰击除去电极图案以外的石墨烯得到石墨烯5，再利用紫外光刻技术和电子束镀膜技术制备得到欧姆电极6，所述欧姆电极6与石墨烯5形成欧姆接触且与碲化锌纳米带4和欧姆电极3隔离。

本发明异质结型光电探测器具有如下结构：

在硅基底7的表面覆有二氧化硅层8，在二氧化硅层8的表面平铺有石墨烯9，在石墨烯9上设置有绝缘层10，在所述绝缘层10的表面分散有碲化锌纳米带11且所述碲化锌纳米带11的一部分与石墨烯9接触；在绝缘层10上设置有欧姆电极12，所述欧姆电极12与碲化锌纳米带11呈欧姆接触；在石墨烯9上设置有欧姆电极13，所述欧姆电极13与绝缘层10、欧姆电极12和碲化锌纳米带11隔离；

所述碲化锌纳米带11为P型碲化锌纳米带；所述石墨烯9为N型石墨烯；

所述欧姆电极3和欧姆电极6为金电极。

本发明异质结型光电探测器的制备方法如下：

将石墨烯9平铺到硅基底7表面的二氧化硅层8上，采用紫外光刻和磁控溅射镀膜技术在石墨烯9的表面制备绝缘层10，将碲化锌纳米带11分散到绝缘层10上的边缘位置使所述碲化锌纳米带11有部分与石墨烯9交叠接触，利用紫外光刻技术和电子束镀膜技术在绝缘层10上制备欧姆电极12，所述欧姆电极12与所述碲化锌纳米带11呈欧姆接触；再次利用紫外光刻技术和电子束镀膜技术在石墨烯9上制备欧姆电极13，所述欧姆电极13与绝缘层10、欧姆电极12和碲化锌纳米带11隔离。

所述绝缘层10选自氮化硅(Si₃N₄)、氧化哈(HfO₂)、氧化锆(ZrO₂)、氧化铝(Al₂O₃)或二氧化硅(SiO₂)，绝缘层10的厚度为10纳米至10微米。

本发明金电极的厚度为100nm。