[发明专利]一种自PN结半导体纳米材料作为红外光电探测器的应用

说明书

本申请公开了一种自PN结半导体纳米材料作为红外光电探测器的应用，其特征在于，所述自PN结半导体纳米材料选自具有如式I所示化学式的物质中的任一种；MO·xMQ₂O₄ 式I；其中，所述M选自二价过渡金属元素中的任一种；所述Q选自VIII族元素中的任一种；所述x表示MQ₂O₄与MO含量的摩尔比，所述x的取值范围为1～2.5；所述自PN结半导体纳米材料为含有异型异质结的两相多晶结构。所述自PN结半导体纳米材料解决了现有技术中MO禁带宽度大，光电转化效率不高且只对紫外光有较强的吸收等问题，具有良好的作为近红外光电探测器应用前景。

技术领域

本申请涉及一种自PN结半导体纳米材料作为红外光电探测器的应用，属于半导体纳米材料技术领域。

背景技术

近红外光作为电磁波谱的重要组成部分，应用范围十分广泛，包括军事上的航海、夜视、航空航天、武器探测以及民用的光通信、医疗成像、大气探测、污染监测以及气象分析等等。光电效应又可以分为外光电效应和内光电效应，根据物理机制的不同，近红外光电探测器主要包括基于外光电效应和内光电效应的探测器。基于外光电效应的探测器一般为真空光电器件，比如真空光电管、光电倍增管、像增管等。此类产品非常适合探测微弱光信号以及快速脉冲弱光信号。然而，其缺点也很明显，需要真空环境以及高压系统，使得器件体积较大，灵活性差等。相比于外光电探测器，基于内光电效应的近红外光电探测器种类繁多，如光敏电阻、光电池、光电二极管、光电晶体管等。此类器件的特点众多，如结构简单、体积小、探测灵敏度高、光谱选择性好及响应速度快。

目前近红外光电探测器的研究热点主要是半导体纳米材料光电探测器。所指的纳米材料，是指尺寸在1-100nm之间的材料。纳米材料的主要特点是尺寸小、表面能高、表面原子所占比例很大以及比表面积很大。因此，具有与宏观材料截然不同的物理性质，包括表面效应、小尺寸效应等。与基于体材料和薄膜材料的近红外光电探测器相比，纳米材料光电探测器的优势表现在：(1)纳米材料尺寸很小，符合光电子器件小型化、集成化的发展趋势；(2)当纳米材料的尺寸和其相互作用的近红外光的波长相似时，会引发一些很奇特的光电现象；(3)纳米材料巨大的比表面积能够吸收更多的近红外辐射；(4)纳米材料由于尺寸小，使得探测器件中的电荷传输时间大大减小，这将在很大程度上提高探测器的响应速度；(5)纳米材料的电阻大，其光电器件的暗电流一般能控制在纳安级别甚至更小。

近年来，纳米材料近红外光电探测器的研究取得了很大的进步。目前商业化的近红外光电探测器种类繁多，主要以Si基、Ge基、InGaAs基和磷化铟基产品为主，以满足近红外光电探测器在不同领域的需求。然而，其面临的问题和挑战依然还有很多，主要集中在以下几个方面：(1)高质量的材料生长技术：近红外光电探测器的性能取决于材料的形貌、品质、导电率和尺寸等关键参数，目前尺寸、形貌和化学成分高度可控的纳米材料的合成是限制纳米光电器件发展应用的主要因素之一；(2)光电转化效率提高方法：探测材料对近红外光的吸收效率是实现高效光电转换的基础，目前采用超大比表面积的纳米结构材料虽然能大幅度提高近红外光的吸收能力，但仍无法满足高性能近红外光电探测器的要求；(3)单位探测器的集成技术：单元近红外光电探测器功能十分有限，要想实现近红外成像等关键技术，需要将单元探测器组装成探测器阵列，制备探测器阵列的难点在于需要成熟可靠的加工手段来实现纳米材料的精确转移、规则布线等工艺。目前只有硅加工工艺成熟，其他半导体材料集成工艺复杂、成本高、难以短期内大规模制备。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供一种自PN结半导体纳米材料作为红外光电探测器的应用，所述自PN结半导体纳米材料解决了现有技术中MO(所述M选自二价过渡金属元素中的任一种)禁带宽度大，光电转化效率不高且只对紫外光有较强的吸收等问题，具有良好的作为近红外光电探测器应用前景。

一种自PN结半导体纳米材料作为红外光电探测器的应用，所述自PN结半导体纳米材料选自具有如式I所示化学式的物质中的任一种；

MO·xMQ₂O₄ 式I；