[发明专利]Si纳米线阵列-4H-SiC纳米线阵列、及其制备方法和在紫外光电探测器中的应用

说明书

本发明属于光电技术领域，具体来说是Si纳米线阵列‑4H‑SiC纳米线阵列、及其制备方法和在紫外光电探测器中的应用，紫外光电探测器由下至上分别为金属电极、单晶Si基底、Si纳米线阵列、4H‑SiC纳米线阵列、金属电极，紫外光电探测器的制备包括以下步骤：(1)碳化硅与硅单晶片预处理；(2)碳化硅纳米线阵列的生长与转移；(3)硅纳米线阵列的生长；(4)硅纳米线阵列与碳化硅纳米线阵列的焊接制备紫外光电探测器；本发明的紫外光电探测器制备方法简单，成本低廉，通过Si‑4H‑SiC纳米线阵列形成的pn结结构具备较高的响应度，提升了光利用率，可大幅增加紫外光电探测器的探测性能。

技术领域

本发明属于光电技术领域，具体涉及Si纳米线阵列-4H-SiC纳米线阵列、及其制备方法和在紫外光电探测器中的应用。

背景技术

随着当代科技的进步以及光通信技术的发展，光电技术的应用领域日渐广泛，其中紫外探测技术是伴随红外探测之后发展起来的新型探测技术，主要应用于生化检测、可燃性气体尾焰探测等领域，同时紫外通信也是一种极具发展潜力的信息传送手段。截止目前，已经商业化的紫外光探测器主要是基于半导体无机材料，其中类似热膨胀系数小、耐磨性能好的SiC和产量丰富、电导率高的Si等材料都具备很好的应用前景。

在低维纳米材料中，纳米线阵列作为研究最为成熟和最具有商业化应用价值的纳米结构，垂直于电极的半导体纳米线阵列具有高的光生电子传输效率、高度有序取向结构、大的比表面积，通过金属、非金属元素掺杂生长出高质量的纳米线阵列可广泛应用于器件制备等优越特性，使其成为新型半导体材料领域的研究热点，因此纳米线阵列是光电探测器件制备上最活跃的研究内容之一。

然而，目前所报道的紫外光电探测器几乎都基于氧化锌、氮化镓等单一的纳米阵列进行制备，利用不同材料及Si纳米线阵列-4H-SiC纳米线阵列制备的紫外光电探测器仍鲜有报道，如文献1(JournalofMaterialsChemistryC,2013,1(31):4779-4786)报道了一种用于制备光电器件的SiC纳米阵列制备方法，但是其制备的SiC纳米阵列需要贵重的设备和复杂的催化剂辅助，使得制备的过程中存在以下缺点：(1)需在极高温度下发生裂解，理想的实验条件难以保证。(2)由于采用催化剂外延生长，导致难以做到工业化大量生产。现有发明专利1(专利名：一种碳化硅-锗/石墨烯异质结光电探测器件极其制造方法，CN202011598568.X)报道了一种结构简单性能稳定的光电器件，但是制备过程中需要昂贵的化学气相沉积设备，且锗对于紫外光的敏感度不够理想。现有发明专利2(专利名：一种碳化硅/二硫化锡异质结光电晶体管及其制备方法和应用，CN202110251925.3)以碳化硅为基底制备了一种由两种不同材料组成异质结的光电器件，但是由该专利所给的图片可知这种方法制备的二硫化锡薄膜的厚度无法保证，碳化硅/二硫化锡异质结器件的光吸收能力有待优化。文献2(ScientificReports,6(),23457)报道了一种采用磁控溅射结合肖特基接触制备SiC基光电探测器，这种方法虽然能够保证器件可以在高速操作下正常工作，但其暗电流过高导致器件的灵敏度不佳。

由上述已报道的发明专利和文献可见，制备基于不同材料的光电探测器的过程中存在以下缺点：(1)理想的纳米线阵列需要借助催化剂在衬底上进行外延生长，传统使用的催化剂难以满足高质量阵列的生长；(2)器件光电性能不佳，不同材料的纳米线阵列形成的异质结结合效果较差，无法对紫外光保持理想的响应效果；(3)产物成本高，大部分报告都需要贵重设备如化学气相沉积系统以及繁杂的制备工艺。由此可见，制备Si-纳米线阵列-4H-SiC纳米线阵列光电探测器仍然面临许多待解决的问题，急需一种工艺简单、成本低廉且性能稳定制备方法，以克服现有技术制备方法存在的技术缺陷。

发明内容