[发明专利]一种自驱动高速肖特基结近红外光电探测器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件应用技术领域，具体涉及一种自驱动高速肖特基近红外光电探测器及其制备方法。

背景技术

红外探测器是可以接收红外波段的光信号，并转换为电信号的半导体器件。红外探测器广泛应用于军事、气象、工业、农业和林业、环境科学、公安保障以及医疗诊断等方面。

1800年Herschel发现太阳光谱中的红外线时所用的涂黑水银温度计为最早的红外探测器，随着实验和理论的发展，新的红外探测器件不断涌现。红外光电探测器的诞生可以追溯到1873年，英国的W.Smith发现硒(Se)具有光电导效应。光电探测器所采用的材料有PbS、PbTe、PbSe、InSb、HgCdTe、CdZnTe、CaAs等，主要为一些窄禁带半导体材料。

传统的红外光电探测器由于需要高温退火、扩散，需贵重金属真空沉积，且部分金属有剧毒和致癌性，因此从制备工艺以及经济环保的角度考虑都需要对传统光电探测器做进一步的改进。而肖特基探测器制作相对简易，不存在高温扩散过程，并且暗电流低、响应度大、寄生电容小，响应较快的探测器。

GaAs是一种非常重要的半导体材料，它在室温下的直接禁带宽度为1.42eV，在光电子器件应用方面是非常有前景的材料。相比其他器件，砷化镓器件的工作频率最高可达100GHz，具有更宽的温度特性和更好的抗辐射能力，易于实现微电子和光电子的结合。因此，GaAs器件在移动通讯、光纤通信、超高速计算机、自动化控制以及武器装备等领域得到广泛的应用。

石墨烯(Graphene)是一种由碳原子组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，是只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯具有非常独特的电学、光学、热学、力学等特性：单层石墨烯的载流子具有很高的迁移率，常温下其电子迁移率超过15000cm²/V·s，比硅的迁移率高10多倍，是替代硅的制造超微型晶体管首选材料；电阻率比铜或银低，电阻率只约为10^-6Ω·cm，是目前世界上电阻率最小的材料；石墨烯透明度非常高，单层石墨烯的光透过率达到97.7％；石墨烯具有非常好的导热性能，导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石；石墨烯的力学性能非常好，被认为是最坚硬的材料。目前已实现了基于石墨烯的超高容量和能快速充电的电池，宽带无线混频器，超高速光调制器以及石墨烯触摸面板等。当前对于石墨烯的研究主要集中于大规模石墨烯的转移及其集成器件应用。

若将石墨烯与砷化镓结合制备近红外光电探测器，即可以利用砷化镓对近红外光的灵敏性，又可以结合石墨烯的低电阻率、高透光率等优异特性，还可以在他们之间加上一层很薄的钝化层使得暗电流噪声减小和响应速度有明显的提高。但是目前为止，基于石墨烯/钝化层/砷化镓的近红外光电探测器还未见报道。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，并充分利用石墨烯这一新型二维纳米材料的优异特性和利用钝化层钝化的方法，提出一种制备工艺简单、成本很低的石墨烯/钝化层/砷化镓肖特基高速红外光电探测器，该探测器可以应用于近红外光的检测，暗电流噪声小，灵敏度高，响应速度快，开关比大。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明自驱动高速肖特基结近红外光电探测器，其特点在于：以n型GaAs基底作为所述近红外探测器的基区，在所述n型GaAs基底的背面蒸镀有n型GaAs基底电极；在所述n型GaAs基底的正面蒸镀有钝化层；在所述钝化层表面蒸镀有绝缘层，所述绝缘层的面积为所述钝化层面积的1/2到2/3；在所述绝缘层上蒸镀有石墨烯电极，所述石墨烯电极的边界不超出所述绝缘层的边界；在所述石墨烯电极上转移有石墨烯，所述石墨烯一部分与石墨烯电极接触，剩余部分与所述钝化层上未覆盖绝缘层的部分接触，所述石墨烯的边界不超出所述钝化层的边界，所述石墨烯与石墨烯电极为欧姆接触。

优选的，所述钝化层以铝为材料，所述钝化层的厚度为2nm-6nm。

绝缘层的面积为钝化层面积的1/2到2/3，即可以在钝化层和石墨烯电极之间起到很好的绝缘效果，保证后期石墨烯可以与位于绝缘层上的石墨烯电极有良好的欧姆接触，又有充足的面积以保证后期石墨烯能与未被绝缘层覆盖的钝化层充分接触，使所制备的探测器具备最稳定最优越的性能。