[发明专利]一种基于S含量梯度变化的类硫硒化镉纳米带的波长选择性光探测器及其构建方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于S含量梯度变化的类硫硒化镉纳米带的波长选择性光探测器及其构建方法，属于低维半导体材料光电应用技术领域。

技术背景

一维半导体纳米结构是构建集成器件最基本的结构单元，以其优异的物理化学性质在新型纳米光电器件研究中有着重要的应用价值和广阔的前景。具有波长选择性的纳米带探测器，可以作为片上的信息通信集成的重要单元。通常半导体光探测器的波长响应范围主要决定于半导体材料的带隙。研究人员通过实验手段可以实现合金半导体纳米带带隙得连续可调，为实现不同波长响应的探测提供合适的材料基础。然而大部分的纳米带探测器工作都是基于单一组分合金纳米带，其实现不同波长范围的范围通常需要多个器件。如何在单个纳米带器件实现波长选择性能，还存在挑战。

轴向组分递变CdS_xSe_1-x纳米带，因为其渐变的的能带结构，具有特殊的光电输运特性。光在纳米带中的传输损耗和能量变化会依赖其传输方向，基于这一点，可以实现单根纳米带的光整流和光栅功能。而基于轴向组分递变CdS_xSe_1-x纳米带带隙的在可见波段的宽范围变化，可以实现高效率的光伏器件以及宽波段的光探测器。然而，由于高质量的CdS_xSe_1-x纳米带合成的困难和单纳米带上多波长探测研究的缺乏，单纳米带的波长选择性光探测器实现有很大困难。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于S含量梯度变化的类硫硒化镉纳米带的波长选择性光探测器及其构建方法。

本发明一种基于S含量梯度变化的类硫硒化镉纳米带的波长选择性光探测器，所述选择性光探测器由n个电极和类硫硒化镉纳米带构成；所述n大于等于 3优选为3-13；类硫硒化镉纳米带的化学式为CdS_xSe_1-x；所述类硫硒化镉纳米带上，S的含量呈梯度变化；所述x小于1。

本发明一种基于S含量梯度变化的类硫硒化镉纳米带的波长选择性光探测器，所述类硫硒化镉纳米带的长度为50-100μm，宽度为2-6μm，厚度为100-200 nm。

本发明一种基于S含量梯度变化的类硫硒化镉纳米带的波长选择性光探测器，相邻两个电极之间的距离为8-25μm、优选为8-20μm。

本发明一种基于S含量梯度变化的类硫硒化镉纳米带的波长选择性光探测器的构建方法，包括下述步骤：

步骤一S含量梯度变化的类硫硒化镉纳米带的制备

以带有金膜的硅片为衬底，先往反应设备中通入含CdS的气体并控制衬底的温度为500-550℃，在衬底上沉积得到CdS纳米带；然后往反应设备中通入混合气体并控制衬底的温度为500-550℃，在所得CdS纳米带的轴向继续生长化学式为CdS_xSe_1-x的纳米带；所述混合气体中含有CdS气体和CdSe气体；所述化学式为CdS_xSe_1-x的纳米带中，S的含量沿纳米带的轴向呈梯度变化；

或

以带有金膜的硅片为衬底，先往反应设备中通入含CdSe的气体并控制衬底的温度为500-550℃，在衬底上沉积得到CdSe纳米带；然后往反应设备中通入混合气体并控制衬底的温度为500-550℃，在所得CdSe纳米带的轴向继续生长化学式为CdS_xSe_1-x的纳米带；所述混合气体中含有CdS气体和CdSe气体；所述化学式为CdS_xSe_1-x的纳米带中，S的含量沿纳米带的轴向呈梯度变化；

步骤二组装

取一根步骤一所得化学式为CdS_xSe_1-x的纳米带放置于SiO₂基底上，然后涂覆一层光刻胶；干燥、按设定尺寸曝光、按设定尺寸显影；显影后，热蒸发60/20 nm Cr/Au薄膜，蒸发后，去胶、干燥；得到单根纳米带上的多电极器件，所述；多电极器件即为波长选择性光探测器；所述光刻胶为负胶。

作为优选方案，本发明一种基于S含量梯度变化的类硫硒化镉纳米带的波长选择性光探测器的构建方法，沉积时，炉内压力为200-500Mbar、优选为300mbar。

作为优选方案，本发明一种基于S含量梯度变化的类硫硒化镉纳米带的波长选择性光探测器的构建方法，沉积时，保护气体的流速为50-200sccm、优选为 150sccm。