[发明专利]一种基于塔姆等离子的平面近红外光电探测器在审
申请号: | 201910739592.1 | 申请日: | 2019-08-12 |
公开(公告)号: | CN110429144A | 公开(公告)日: | 2019-11-08 |
发明(设计)人: | 张程;吴绍龙;刘鉴辉;刘慧敏;俞童 | 申请(专利权)人: | 苏州大学;苏州斯特科光电科技有限公司 |
主分类号: | H01L31/0232 | 分类号: | H01L31/0232;H01L31/108 |
代理公司: | 苏州智品专利代理事务所(普通合伙) 32345 | 代理人: | 王利斌 |
地址: | 215137 *** | 国省代码: | 江苏;32 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 金属薄膜 布拉格反射器 高折射率薄膜层 近红外光电探测器 二氧化硅基 导电电极 二氧化钛 等离子 吸收率 低折射率薄膜层 光电探测器 光电探测 厚度调节 交替设置 可改变 热电子 响应度 波长 顶层 光子 探测器 输运 栅状 窄带 响应 生产 | ||
本发明提供一种基于塔姆等离子的平面近红外光电探测器,包含二氧化硅基底、布拉格反射器和金属薄膜;布拉格反射器和金属薄膜依次设于二氧化硅基底上;布拉格反射器由高折射率薄膜层和低折射率薄膜层由上至下交替设置而成,布拉格反射器与金属薄膜的接触面为高折射率薄膜层且设置为二氧化钛;金属薄膜的顶部设有顶部导电电极,位于顶层的高折射率薄膜层的底部设有栅状底部导电电极。提高了光子吸收率、热电子的输运效率和光电探测器的响应度;并能够通过与金属薄膜相邻的二氧化钛的厚度调节可改变探测器的响应波长和实现多窄带的光电探测;且本发明结构简单,便于生产。
技术领域
本发明涉及光电传感技术领域,具体涉及一种基于塔姆等离子的平面近红外光电探测器。
背景技术
基于PN结(或PIN结、或异质结)的光电探测器利用形成的内建电场收集半导体层受光激发而产生的光生载流子。然而,选定的半导体对能量低于其带隙的电磁波段是透明的,所以利用该半导体构筑的探测器无法实现对能量低于其带隙的波段探测。不同于基于半导体光吸收的光电器件,热电子光电探测器可以突破半导体带隙限制,金属薄膜光吸收产生的热电子(空穴)可通过界面电荷转移直接进入半导体导带(价带)而产生宏观电流。在典型的半导体材料中,二氧化钛由于环保、廉价、耐光降解在基于半导体光响应的紫外光电探测系统中获得了广泛应用。
然而,二氧化钛的宽带隙属性(3.2 eV)从本质上限制了它在可见和近红外波段的应用。利用金属和半导体接触,金属吸收光子后产生热电子,然后克服肖特基势垒转移到半导体中,可实现在可见到近红外波段的光电探测。
然而,由于缺少有效的光电管理策略,目前的热电子器件的光电响应度相当低。提高热电子器件性能的一般方法为对金属薄膜进行纳米结构化设计,通过激发表面等离子共振提升金属薄膜的光吸收效率、热电子产生率和光电探测器的响应度。如(申请号:201610617154.4)《一种偏振敏感型光电探测器》中通过金属纳米结构激发表面等离子共振,使得光电探测器对不同偏振的入射光响应不同,从而实现对入射光偏振性的检测。如(申请号:201610291282.4)《一种基于硅纳米线阵列的自驱动肖特基结近红外光电探测器及其制备方法》中通过在硅纳米线表面包覆一层金属铜膜提高铜的光吸收和热电子光电探测器的响应度。
然而,通过利用金属微纳结构激发表面等离子共振虽然可以提高热电子产生率,但这些设计的特定微纳结构均为亚波长尺寸,对纳米加工技术要求高,成本昂贵,不利于大面积批量制备。
发明内容
为解决现有技术中存在的基于金属光吸收的光电探测器的响应度不高的问题,本发明提供一种基于塔姆等离子的平面近红外光电探测器,采用如下技术方案:
一种基于塔姆等离子的平面近红外光电探测器,包含二氧化硅基底、布拉格反射器和金属薄膜;
所述布拉格反射器和所述金属薄膜依次设于所述二氧化硅基底上;
所述布拉格反射器包含多对高折射率薄膜层和低折射率薄膜层,所述高折射率薄膜层和所述低折射率薄膜层由上至下交替设置,所述布拉格反射器顶层为高折射率薄膜层,且该层的材料为二氧化钛;
所述金属薄膜的顶部一侧设有顶部导电电极,位于所述布拉格反射器顶层的所述高折射率薄膜层的底部设有栅状底部导电电极。
上述方案中金属薄膜位于最上层,二氧化硅基底为最下层,且此处的“上、下”仅为各个部件之间位置关系的描述,并不限定整体结构的状态。
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