[发明专利]双机制等离增强的Ge基红外通信波段光电探测器及方法

说明书

本发明公开了一种双机制等离增强的Ge基红外通信波段光电探测器，包括：本征Ge衬底层(1)；纳米线阵列(2)，所述纳米线阵列(2)的长度方向平行于所述本征Ge衬底层(1)的长度方向、且所述纳米线阵列(2)设置于所述本征Ge衬底层(1)之上；光栅(3)，所述光栅(3)设置于所述纳米线阵列(2)之上；第一电极(4)、第二电极(5)，沿所述本征Ge衬底层(1)长度方向，所述第一电极(4)和第二电极(5)对称设置于所述纳米线阵列(2)两端的所述本征Ge衬底层(1)之上。本发明提出一种双机制等离增强的Ge基红外通信波段光电探测器，利用金属表面等离共振提高吸收系数，进一步提高Ge系探测器在红外通信波段的响应度，实现高性能的Ge基红外通信波段光电探测器。

技术领域

本发明属于光电探测器技术领域，具体涉及一种双机制等离增强的Ge基红外通信波段光电探测器及方法。

背景技术

光电探测器用途广泛，涵盖军事和国民经济的各个领域，如在可见光和短波红外波段主要用于射线测量和探测、工业自动控制、光度计量等。

红外光电探测器在通信、夜视、制导、天文观测、生物医疗等领域都有着广泛的应用。现今常用的红外探测器主要为Ⅲ-Ⅴ族材料光电探测器和Ⅱ-Ⅵ族材料光电探测器。然而，InGaAs和InSb、TeCdHg、PbS等材料存在工艺步骤复杂，成本高，与Si基CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)标准工艺平台不兼容的问题，增加了器件成本，降低了器件可靠性。同时TeCdHg、PbS等材料还具有毒性，存在一定的安全隐患。

相较于传统的Ⅲ-Ⅴ族和Ⅱ-Ⅴ族红外光电探测器，Ge基红外光电探测器因其在制备工艺上与Si基CMOS工艺兼容，具有安全性高、体积小、易集成、低成本、高性能等潜在优势。

现有的基于Si衬底或者SOI(Silicon On Insulator，绝缘体上硅)衬底的Ge光电探测器在通讯及传感领域获得了广泛应用。目前常用的红外通信波段为1.3-1.55μm，而Ge材料由于禁带宽度的限制，在波长大于等于1.55μm时，吸收系数急剧下降，这就使得Ge光电探测器无法满足红外通信波段的探测需求，从而限制了Ge光电探测器的探测范围。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种双机制等离增强的Ge基红外通信波段光电探测器及方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种双机制等离增强的Ge基红外通信波段光电探测器，包括：

本征Ge衬底层；

纳米线阵列，所述纳米线阵列的长度方向平行于所述本征Ge衬底层的长度方向、且所述纳米线阵列设置于所述本征Ge衬底层之上；

光栅，所述光栅设置于所述纳米线阵列之上；

第一电极、第二电极，沿所述本征Ge衬底层长度方向，所述第一电极和所述第二电极对称设置于所述纳米线阵列两端的所述本征Ge衬底层之上。

在本发明的一个实施例中，所述第一电极和所述第二电极的大小和形状相同。

在本发明的一个实施例中，所述第一电极、所述第二电极、所述光栅的材料相同。

在本发明的一个实施例中，所述第一电极、所述第二电极、所述光栅的材料均为Au。

在本发明的一个实施例中，还包括第三电极和第四电极，其中，所述第三电极位于所述本征Ge衬底层和所述第二电极之间，所述第四电极位于所述本征Ge衬底层和所述第一电极之间。

在本发明的一个实施例中，所述第三电极和第四电极的材料为Ge。

在本发明的一个实施例中，所述纳米线阵列的材料为Ge。