[发明专利]基于p-型ZnSe纳米线/n-型Si异质结的光电探测器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米光电探测器的制备方法，更具体地说是一种基于p-型ZnSe纳米线/n-型Si异质结的纳米光电探测器的制备方法。

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。纳米光电探测器是采用纳米材料作为感光层的光电探测器，其具有易于集成、低功耗、低成本的特点。更为重要的是，纳米光电探测器与同种材质的薄膜光电探测器相比，具有更高灵敏度和反应速度。

ZnSe为重要的II-VI族半导体材料，室温禁带宽度为2.7eV，对于蓝绿光非常敏感。但是现有的ZnSe纳米光电探测器是将ZnSe纳米线通过刮蹭的方法随机排布在绝缘衬底上，然后通过复杂的光刻、镀电极过程来实现，工艺复杂且性能不稳定。所完成的ZnSe纳米光电探测器多存在电信号、开关比以及感光层面积小的问题。Si在现代半导体产业中起着主导作用，但是其间接带隙结构限制了它的光电子应用。

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，提供一种基于p-型ZnSe纳米线/n-型Si异质结的光电探测器及其制备方法，以期有效增强纳米光电探测器的电信号，提高其开关比，增大光电探测器感光层面积。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明基于p-型ZnSe纳米线n-型Si异质结的光电探测器的结构特点是所述光电探测器的结构层自下而上依次为：n-型掺杂Si片、感光层和石墨烯电极，所述感光层为p-型ZnSe纳米线，所述感光层与石墨烯电极之间为欧姆接触，在所述感光层的外围、位于n-型掺杂Si片与石墨烯电极之间设置有绝缘层，以所述绝缘层在n-型掺杂Si片与石墨烯电极之间进行绝缘。

本发明基于p-型ZnSe纳米线/n-型Si异质结的光电探测器的结构特点也在于：

所述n-型掺杂Si片采用电阻率为0.005~0.02Ω/cm的n-型重掺杂Si片。

所述p-型ZnSe纳米线的掺杂元素为N、Ag、P和Bi中的任意一种，掺杂浓度为1%-50%原子百分含量，掺杂源分别采用氨气、Ag₂S粉末、气态磷烷和铋粉。

所述石墨烯电极采用石墨烯薄膜。

本发明基于p-型ZnSe纳米线/n-型Si异质结的光电探测器的制备方法的特点是按如下步骤进行：

a、通过热蒸发的方法在三温区管式炉中合成制备p-型ZnSe纳米线：

采用质量纯度不低于99.9%的ZnSe粉末为原材料，取所述原材料ZnSe粉末0.25g和作为掺杂源的纯度不低于99.9%的Ag₂S粉末0.05g，或纯度不低于99.9%的铋粉0.05g充分研磨后放入氧化铝瓷舟，以蒸镀有10nm金的硅片作为衬底，将氧化铝瓷舟和衬底放入石英管中并将石英管转移在管式炉中，所述管式炉以温度为1050℃，气压为100托的反应条件保持两个小时结束反应，待炉腔温度自然冷却到室温时取出样品，硅片衬底上沉积的一层黄褐色绒状产物即为制备所得的p-型ZnSe纳米线；

或：采用质量纯度不低于99.9%的ZnSe粉末为原材料，以蒸镀有10nm金的硅片作为衬底，管式炉以温度为1050℃，气压为100托的反应条件保持两个小时；对于N掺杂ZnSe纳米线，在保持阶段持续通入NH₃气体，气体流量恒定为15sccm；对于P掺杂ZnSe纳米线，在保持阶段持续通入PH₅气体，气体流量恒定为12sccm；待炉腔温度自然冷却到室温时取出样品，硅片衬底上沉积的一层黄褐色绒状产物即为制备所得的p-型ZnSe纳米线；

b、n-型重掺杂Si片预处理

将n-型重掺杂Si片置于质量浓度为5%-10%的氢氟酸溶液中刻蚀2-3分钟，去除n-型重掺杂硅片表面的薄氧化层，然后超声清洗并干燥得到预处理后的备用重掺杂Si片；

c、用镊子将步骤a制备所得的p-型ZnSe纳米线呈片状揭下，揭下的片状p-型ZnSe纳米线平铺于备用重掺杂Si片上；所述片状p-型ZnSe纳米线不大于备用重掺杂Si片的面积；

d、在所述片状p-型ZnSe纳米线的四周平辅绝缘层，再在片状p-型ZnSe纳米线上铺石墨烯电极，以使在所述感光层与石墨烯电极之间为欧姆接触，并且在n-型掺杂Si片与石墨烯电极之间为绝缘。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：