[发明专利]一种硅肖特基结线阵列近红外光电探测器

说明书

本发明公开了一种硅肖特基结线阵列近红外光电探测器，是以单晶硅为衬底，在单晶硅上表面刻蚀有六边形硅微孔阵列、下表面填充有二维MXene材料。本发明所制备的探测器实现了窄带近红外响应，具有响应速度快，稳定性好，探测率高等优势，同时还具有易制备、兼容性强、高集成度等优点。

技术领域

本发明涉及一种硅肖特基结线阵列近红外光电探测器，属于半导体光电器件技术领域。

背景技术

光电探测器能够将采集到的光学信号转化为电学信号进行数据处理分析，在日常生活中的应用非常广泛，如可用于环境监测、医学成像、光通信、安检及生命科学等领域。窄带响应高灵敏度的近红外光电探测器在光谱学、临床医学、成像、化学元素分析等领域具有巨大的应用价值。

当前，窄带光探测器的实现方法大多是在宽光谱光电探测器的基础上引入滤光结构，通过层层滤光片滤去不需要的光，从而实现窄带探测。该方法需要高成本的滤波器、复杂的光学系统集成和设计，并且增大了器件的尺寸，使器件在应用方面受限。近年来，越来越多的研究从材料和器件结构的角度入手设计出高性能的窄带光探测器。例如基于钙钛矿/聚合物杂化的光电探测器[Lan ue,Cai Linfeng,Luo Dan,Zhu Furong.NarrowbandNear-Infrared Perovskite/Polymer Hybrid Photodetectors.[J].ACS appliedmaterialsinterfaces,2020.10.1021/ACSAMI.0C16047.]。但这些探测器材料本身不够稳定，钙钛矿材料极其容易被氧化，且与传统硅工艺不兼容。针对红外波段的窄带探测器仍是目前市场的缺失，研发一种廉价、结构简单、无公害、易集成的高效窄带近红外光探测器有着重要的意义。

尽管过去几十年里研究过很多半导体材料，但硅凭借优异的载流子迁移率和抗氧化性，仍然是应用最广泛的材料。硅基近红外光电探测器由于具有和互补金属氧化物半导体技术良好的兼容性，也一直以来受到广泛的关注和研究。肖特基结型器件具有结构简单、响应速度快、寄生电容小等优良特性，是制备光电探测器的优异选择。与薄膜和块状光电探测器件相比，半导体纳米结构器件响应度高、功耗低、响应速度快，并且反射率低、比表面积大，使其光收集效率高，同时载流子输运时间短。Mxene材料因其独特的晶体结构和丰富的元素组成而具备很多优异的性能，其优异的导电性、高透光率十分适合光电领域的研究。因此探索基于MXene/Si肖特基结的窄带近红外探测器阵列，具有重要意义。

发明内容

基于上述现有技术所存在的问题，本发明提供一种硅肖特基结线阵列近红外光电探测器，旨在获得抗环境光干扰强、响应速度快的近红外窄带响应光电探测器。

本发明为解决技术问题，采用如下技术方案：

本发明公开的一种硅肖特基结线阵列近红外光电探测器，其特点在于：

所述近红外光电探测器是以上下表面皆设置有绝缘层的单晶硅为衬底；

在位于上表面的绝缘层上通过刻蚀掉绝缘层裸露出硅，形成呈线形排列的若干上表面硅窗口，构成上表面硅窗口阵列；在各个上表面硅窗口内皆通过刻蚀形成横截面呈六边形的硅微孔，从而在单晶硅上形成六边形硅微孔阵列，硅微孔的尺寸小于上表面硅窗口的尺寸；在各个上表面硅窗口上设置有与单晶硅呈欧姆接触的顶电极；

在位于下表面的绝缘层上通过刻蚀掉绝缘层裸露出硅，形成呈线形排列的若干下表面硅窗口，构成下表面硅窗口阵列；在各个下表面硅窗口内皆填充有二维MXene材料，二维MXene材料与单晶硅形成肖特基结；在所述二维MXene材料下设置有与二维MXene材料呈肖特基接触的底电极；下表面硅窗口与六边形硅微孔的横截面形状与尺寸相同且沿衬底的厚度方向一一对应，每一组皆构成一个红外光电探测器。

进一步地，所述单晶硅的厚度为100-500μm，所述绝缘层为10nm-100nm厚的SiO₂层或Al₂O₃层。