[发明专利]一种透红外的高灵敏可见光探测器及其制备方法

权利要求书

1.一种透红外的高灵敏可见光探测器，其特征在于，从下至上，依次包括本征单晶硅衬底(2)、下电极(3)、对可见光进行探测的异质结(15)、金属框(12)、上电极(13)和钝化层(14)；其中，异质结(15)包括异质结下层(4)和异质结上层(5)；

上电极(13)采用导电且对可见光和红外透明的材料，为一维导电纳米线构成的网格；异质结上层(5)为对可见光敏感且对红外透明的纳米薄膜；异质结下层(4)为本征单晶硅；下电极(3)为本征单晶硅重掺杂离子形成的导电层；下电极(3)的下方为本征单晶硅衬底(2)。

2.根据权利要求1所述的一种透红外的高灵敏可见光探测器，其特征在于，所述下电极(3)的厚度为2-20μm；其中重掺杂的离子为磷离子、硼离子或砷离子。

3.根据权利要求1所述的一种透红外的高灵敏可见光探测器，其特征在于，异质结下层(4)的厚度为1-10μm。

4.根据权利要求1所述的一种透红外的高灵敏可见光探测器，其特征在于，异质结上层(5)的厚度≤5nm，为对可见光敏感的二维材料构成的纳米薄膜；所述二维材料为石墨烯或二维过渡金属硫化物，所述二维过渡金属硫化物为二硫化钼(MoS₂)、二硫化钨(WS₂)、二硒化钼(MoSe₂)或二硒化钨(WSe₂)。

5.根据权利要求1所述的一种透红外的高灵敏可见光探测器，其特征在于，金属框(12)为方形的环状，从四周环绕上电极(13)；上电极(13)为台阶状，包括四周台阶、中间底部，以及连接四周台阶和中间底部的侧壁，上电极(13)的四周台阶高于中间底部；金属框(12)的上表面和上电极(13)的四周台阶的下表面接触，金属框(12)的内侧面和上电极(13)的侧壁接触，金属框(12)的下表面和异质结上层(5)接触；上电极(13)中间底部的下表面和异质结上层(5)的上表面接触。

6.根据权利要求1所述的一种透红外的高灵敏可见光探测器，其特征在于，所述一维导电纳米线为碳纳米管或银纳米线。

7.根据权利要求1所述的一种透红外的高灵敏可见光探测器，其特征在于，钝化层(14)选用硫化锌、硒化锌或氟化镁中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的一种透红外的高灵敏可见光探测器，其特征在于，在探测单元一个角，从本征单晶硅衬底(2)的下表面向上至异质结上层(5)的上表面开设有通孔(6)；在探测单元对角，从本征单晶硅衬底(2)的下表面向上至下电极(3)内部开设有孔洞(7)；在本征单晶硅衬底(2)的下表面，通孔(6)和孔洞(7)的开设位置位于探测单元底面同一对角线上的两个角落；通孔(6)和孔洞(7)的侧壁经过钝化处理后，孔内填充导电金属，所述导电金属为金、银、铜或铝中的任一种。

9.根据权利要求8所述的一种透红外的高灵敏可见光探测器，其特征在于，通孔(6)上端开口位于金属框(12)下方的一个角落，并与金属框(12)接触导通；通孔(6)和孔洞(7)中的导电金属均凸出本征单晶硅衬底(2)下表面。

10.一种权利要求9所述的透红外的高灵敏可见光探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，在距离本征单晶硅片(1)上表面1-10μm以下的区域注入重掺杂离子，作为下电极(3)；所述重掺杂离子为磷离子、硼离子或砷离子；下电极(3)的厚度为2-20μm；下电极(3)上方的本征单晶硅为异质结下层(4)，下电极(3)下方的本征单晶硅为本征单晶硅衬底(2)；

步骤2，在异质结下层(4)的上表面通过化学气相沉积法沉积对可见光敏感且对红外透明的纳米薄膜，形成异质结上层(5)；纳米薄膜材料为石墨烯或二维过渡金属硫化物中的任一种；异质结上层(5)和异质结下层(4)共同构成异质结(15)；

步骤3，在探测单元的一个角，从本征单晶硅衬底(2)的下表面向上至异质结上层(5)的上表面刻蚀通孔(6)；在探测单元的对角，从本征单晶硅衬底(2)的下表面向上至下电极(3)内部刻蚀孔洞(7)；对通孔(6)和孔洞(7)的侧壁进行钝化绝缘处理，然后沉积导电金属，使通孔(6)和孔洞(7)的导电金属凸出本征单晶硅衬底(2)的下表面；在异质结上层(5)上表面制备方形环状的金属框(12)，金属框(12)与通孔(6)内的金属接触导通；

步骤4，在异质结上层(5)和金属框(12)的上表面，制作上电极(13)；

步骤5，在上电极(13)上沉积钝化层(14)，通过光刻和腐蚀的方法将钝化层(14)图形化成探测单元形状，将图形化的钝化层(14)作为掩蔽层，刻蚀上电极(13)、异质结上层(5)、异质结下层(4)和下电极(3)；形成一种透红外的高灵敏可见光探测器。