[发明专利]基于声表面波增强的紫外探测器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及紫外探测技术领域，尤其涉及一种基于声表面波增强的紫外探测器及其制备方法。

背景技术

紫外探测技术在军事领域和民用领域都有广泛的用途。目前较常用的商用紫外探测器主要是真空紫外光电倍增管和硅基紫外光电二极管。然而，光电倍增管需要在高电压下工作，存在成像系统体积较大、功耗和成本较高等缺点，限制了其应用的广泛性。硅基紫外光电二极管尽管发展成熟，但是由于硅的禁带宽度较小，因此必须配备滤波器才可实现紫外波段的选择性探测；由于滤波器的使用，增加了系统的体积和制造的复杂性。

以GaN、ZnO、AlN为代表的宽禁带半导体，其禁带宽度对应的光子能量均处于紫外波段，因此，宽禁带半导体对紫外波段具有天然的选择性响应。同时，宽禁带半导体通常具有化学稳定性高，导热性能好等优点，非常适于制作紫外探测器件。目前基于宽禁带半导体的紫外探测器，根据工作方式和器件结构的不同，分为光电导型、肖特基光电二极管、金属-半导体-金属（MSM）结构探测器，以及pn型光电二极管和p-i-n型光电二极管。

其中MSM结构紫外探测器是由横向平面结构叉指状电极和半导体形成的“背对背”的两个肖特基结连接构成。在MSM结构探测器外加偏压时，其中一个肖特基结处于正向偏置状态，另一个处于反向偏置状态，因此具有极小的暗电流。另外MSM结构探测器具有较低的电容，且光生电子-空穴对在内建电场区域可以被快速的分离，因此具有响应速度快的优点。另外，它还具有制备工艺简单、响应度高等优点，因此受到人们的普遍关注。但MSM结构紫外探测器也存在一定的缺陷。首先，金属电极的遮挡会造成光吸收的损失。由于叉指状电极布满探测器的工作区域，光在金属电极之间的空隙内被吸收，因此金属电极遮挡造成相当比例的光照无法入射到半导体内部。其次，由于光在金属电极之间的空隙内被吸收，并产生光生载流子，光生载流子只有扩散到金属电极下方的内建电场区域才会被分离形成电信号被输出。当少子扩散长度较小时，有一部分载流子无法扩散到内建电场区域便被复合，也无法转换成电信号。这些问题导致MSM结构紫外探测器具有较低的响应度。为提高MSM的响应度，需要减小光照损失和降低光生载流子的复合。

石墨烯是一种新型二维材料，具有良好的透光性能和导电性能，使用石墨烯代替MSM结构中的金属，可提高有效光照面积。

声表面波（surface acoustic wave, SAW）是一种能量局域在固体表面传播的机械波。半导体中的声表面波传播时，声表面波伴随的电压对半导体表面能带造成周期性调制，形成周期性势阱/势垒；在势垒处可以俘获空穴，在势阱处俘获电子，将电子-空穴分别俘获在声表面波的不同位置，减小电子-空穴的复合。利用这种声表面波的这种效应，可将远处的光生载流子传送至MSM结构内建电场区域，提高光电转换效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于声表面波增强的紫外探测器及其制备方法，其能够提高光电转换效率，实现高灵敏度的紫外探测功能。

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于声表面波增强的紫外探测器，包括半导体衬底及设置于半导体衬底表面的两个背对背的肖特基电极，所述两个背对背的肖特基电极用于收集光生载流子并形成电信号输出，还包括设置于半导体衬底表面的叉指换能器，所述叉指换能器用于激励声表面波，以实现声表面波对光生载流子的输运。

进一步，所述两个背对背的肖特基电极采用石墨烯制作，所述两个背对背的肖特基电极与所述半导体衬底形成石墨烯-半导体-石墨烯结构。

进一步，所述两个背对背的肖特基电极为叉指形状。

进一步，所述石墨烯选自于单层石墨烯、少层或多层石墨烯中的一种或几种的混合。

进一步，所述半导体衬底为宽禁带极性半导体衬底。

进一步，所述宽禁带极性半导体衬底的材料选自于III-V组化合物和II-VI组化合物中的一种。

进一步，所述宽禁带极性半导体衬底的材料选自于GaN、AlN、AlGaN、ZnO中的一种。

进一步，所述叉指换能器是由导电薄膜制作的梳齿状电极。

进一步，所述导电薄膜选自于导电金属薄膜、单层石墨烯薄膜、少层或多层石墨烯薄膜中的一种。

一种基于声表面波增强的紫外探测器的制备方法，包括如下步骤：提供半导体衬底；在所述半导体衬底表面制作叉指换能器；在制作有叉指换能器的半导体衬底表面制作两个背对背的肖特基电极。