[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

说明书

本发明公开了一种透红外的高灵敏可见光探测器及其制备方法，该探测器由钝化层、上电极、异质结、下电极和本征单晶硅衬底组成。上电极为导电且对可见光和红外透明的材料。异质结分为异质结上层和异质结下层，异质结上层为对可见光敏感且能透过红外的纳米薄膜，异质结下层为本征单晶硅。当可见光和红外透过上电极和异质结上层，在异质结中可见光激发出电子空穴对，被上、下电极收集并通过纵向设置的金属柱流出，而红外穿过整个探测结构，实现对可见光探测的同时不影响红外的透过。与传统结构相比，电极与结区距离很小，可降低电子空穴对在到达电极之前的复合率，提高光生载流子的收集效率。纵向金属的结构设计减少光遮挡，提高了灵敏度。

【技术领域】

本发明属于光电探测技术领域，具体涉及一种透红外的高灵敏可见光探测器及其制备方法。

【背景技术】

随着工业技术和生活水平的发展，人们对图像所包含的信息量提出了更高的要求，单一的红外成像或者单一的可见光成像已不能满足需求，具有更宽波段的成像技术越来越受到关注，特别是能同时对可见光和红外进行成像的技术。

专利CN102866490B提出了一种可见光、中波红外和长波红外三波段光学成像系统。该光学成像系统实现了可见光、中波红外和长波红外三波段探测。但由于该系统采用多通道、多芯片的成像方案，导致其体积大、功耗高、重量重，限制了使用范围。专利CN108336231A中公开了一种宽光谱响应的有机光电探测芯片，其探测结构中的光敏层包含一种BODIPY有机荧光染料，可实现探测器对紫外至近红外波段的光谱探测。该探测器虽然可以实现可见光和近红外的探测，但是不能实现中波红外和长波红外的探测，而且对中波红外和长波红外不透明，无法进一步与中波红外和长波红外纵向堆叠集成。

由于传统的多通道多芯片能同时对可见光和红外光成像的光电系统具有上述体积大、功耗高、重量重等缺点，现在迫切需要研究集成度更高、体积小、重量轻的单通道、宽光谱、可同时对可见光成像和红外成像的光电芯片。

另外，可见光-红外(近红外/短波红外/中波红外/长波红外)成像探测器通常由衬底，下电极，光敏层/异质结和上电极组成。可见光和红外的探测均由同一光敏层/异质结实现，导致灵敏度较低。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述现有技术方案的缺点，提供一种透红外的高灵敏可见光探测器及其制备方法。该结构对可见光进行探测的同时不影响红外波段的透过。本发明的透红外的可见光探测器，后期与红外探测单元纵向堆叠混合集成，可以实现单个集成芯片从可见光到长波红外的探测成像。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种透红外的高灵敏可见光探测器，从下至上，依次包括本征单晶硅衬底、下电极、对可见光进行探测的异质结、金属框、上电极和钝化层；其中，异质结包括异质结下层和异质结上层；

上电极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；异质结上层为对可见光敏感且对红外透明的纳米薄膜；异质结下层为本征单晶硅；下电极为本征单晶硅重掺杂离子形成的导电层；下电极的下方为本征单晶硅衬底。

本发明的进一步改进在于：

优选的，所述下电极的厚度为2-20μm；其中重掺杂的离子为磷离子、硼离子或砷离子。

优选的，异质结下层的厚度为1-10μm。

优选的，异质结上层的厚度≤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、二硫化钨、二硒化钼或二硒化钨。