[发明专利]一种自滤光可见盲硅兼容的红外光电探测器

说明书

本发明公开了一种自滤光可见盲硅兼容的红外光电探测器，该探测器的结构为：以单晶硅衬底为基底，单晶硅衬底的上表面刻蚀为硅微孔阵列结构；在单晶硅衬底的下表面转移有一层石墨烯薄膜，形成硅‑石墨烯肖特基结；在石墨烯薄膜的下表面设置有量子点层。本发明的光电探测器具有自驱动、可见光盲、近红外窄带响应、响应速度快等优势，同时还具有兼容性强、稳定性高、易制备、成本低等优点。

技术领域

本发明涉及一种自滤光可见盲硅兼容的红外光电探测器，属于半导体光电器件技术领域。

背景技术

近些年来的高新技术例如人工智能、无人驾驶、智慧医疗无一例外需要光电探测过程的参与，光电探测技术成为了建造未来科技大厦的基石。在这其中，近红外波段由于其较强的穿透性与稳定性冠绝其它波段，在临床医学、光学成像等方面有着巨大的应用价值。然而，近红外短波段(780～1100nm)作为人们最早发现的非可见光区域极其容易受到可见光(400-780nm)的干扰。在一些特殊应用例如临床医学，迫切需要一种具有高灵敏度、高速稳定等特点的特殊波段窄带探测器。当前，窄带光探测器的一种实现策略是在宽光谱光电探测器的基础上加入滤光结构，通过设计一层层的滤光片来过滤非目标波段光来实现窄带探测。这种策略限制了器件的小型化，增加了器件设计与制造的难度，同时高品质的滤光片倍增了器件的制造成本。越来越多的报道开始从器件材料和结构的角度入手，探索高性能的光电探测器制备方案。例如基于钙钛矿材料和光学微腔制备的窄带探测器(F.Cao；J.Chen；H.Zeng； et al.Advanced Materials.2020,32,1905362.)。但是，这些探测器材料本身不够稳定，例如钙钛矿材料极其容易被氧化，且与传统硅工艺不兼容，给窄带光电探测器的设计与制备带来了新的挑战。

量子点材料由于其带隙可调的特性，已经越来越多的被用来制备光电探测器，例如(Y.Yu； Y.Zhang；H.Zhang；et al.ACS Photonics.2017,4(4),950.)。硫族铅化合物量子点材料由于独特的光学、电学和化学性质而被广泛关注。以硫化铅为例，它具有较窄的带隙(为0.4eV) 以及18nm宽的激子玻尔半径，使得硫化铅量子点可以在0.4-2.0eV的带隙范围内连续可调，从而带来了尺寸可调、激子效应以及更高的光谱吸收和激发等优异性质，越来越多的被用来制备新型纳米电子和光电器件。

发明内容

在现有技术的基础上，本发明旨在提供一种自滤光可见盲硅兼容的红外光电探测器，所要解决的技术问题是结合硅微孔阵列和量子点，通过器件结构的合理设计，获得具有高响应速度、高探测率、抗可见光干扰性强等优点的红外光电探测器。

本发明为解决技术问题，采用如下技术方案：

一种自滤光可见盲硅兼容的红外光电探测器，其特点在于：所述近红外光电探测器是以单晶硅衬底为基底，所述单晶硅衬底的上表面刻蚀为硅微孔阵列结构；在所述单晶硅衬底的下表面转移有一层石墨烯薄膜，形成硅-石墨烯肖特基结；在所述石墨烯薄膜的下表面设置有量子点层；

在所述单晶硅衬底的上表面设置有顶电极，在所述石墨烯薄膜的下表面设置有底电极，所述顶电极与所述单晶硅衬底形成欧姆接触，所述底电极与所述石墨烯薄膜形成欧姆接触。

进一步地，所述单晶硅衬底的厚度为100μm-500μm。

进一步地，所述硅微孔阵列结构的参数为：硅微孔直径为50-100μm、孔深为5-20μm，相邻硅微孔的间距为100-300μm。

进一步地，所述顶电极和所述底电极为Au电极或Ag电极，厚度为20nm-300nm。

进一步地，所述量子点层内为硫化铅量子点或碲化铅量子点，量子点的平均粒径为3～5 nm。

本发明所述的自滤光可见盲硅兼容的红外光电探测器的制备方法，包括如下步骤：

a、在单晶硅衬底的上表面通过光刻、感应耦合等离子体刻蚀形成硅微孔阵列；