[发明专利]基于硒化铟/硅的光电探测器及制备方法

摘要

本发明公开了一种基于硒化铟/硅的光电探测器及制备方法，该探测器自下而上依次具有底电极、n型硅基体和开有硅窗口的二氧化硅隔离层，二氧化硅隔离层的上表面覆盖顶电极；顶电极的上表面覆盖硒化铟薄膜，硒化铟薄膜分别与顶电极内侧壁、二氧化硅隔离层上表面、二氧化硅隔离层内侧壁和硅窗口的上表面接触；硒化铟薄膜与n型硅基体接触形成硒化铟/硅异质结。本发明中制备出的γ‐In2Se3材料的薄膜具有窄直接带隙和可见光范围的高吸收系数，该种探测器显示出开关比可达1570的高光电响应，较短响应时间和长期稳定性，此外该光电探测器表现出从紫外到近红外的宽光谱响应特性，这些优异的性能都给更高效的硒化铟/硅光电探测器带来了研究和市场化前景。

主权项

1.一种基于硒化铟/硅的光电探测器的制备方法，其特征在于，所述基于硒化铟/硅的光电探测器自下而上依次具有底电极、n型硅基体和二氧化硅隔离层，所述的二氧化硅隔离层上开有硅窗口，使二氧化硅隔离层成回形结构，在二氧化硅隔离层的上表面覆盖顶电极，顶电极的边界小于二氧化硅隔离层的边界；在顶电极的上表面覆盖硒化铟薄膜，硒化铟薄膜分别与顶电极内侧壁、二氧化硅隔离层上表面、二氧化硅隔离层内侧壁和硅窗口的上表面接触；硒化铟薄膜与n型硅基体接触形成硒化铟/硅异质结；该方法包括以下步骤：(1)将商业标准4英寸低掺n型单抛氧化硅片，通过丙酮溶液、异丙醇分别超声3‐5分钟后，用去离子水超声5min并用高纯氮吹干净，在硅片上通过光刻工艺定义出电极图案，然后采用电子束蒸发技术，生长厚度为5nm的铬黏附层，再用热蒸发技术生长厚度60nm的金电极，即顶电极，该金电极的宽度为10～50μm，接着进行剥离和清洗工艺；商业标准4英寸低掺n型单抛氧化硅片的n型硅基体的厚度为300～500μm，电阻率为1～10Ω·cm；(2)通过光刻工艺定义硅窗口图案，并用标准缓冲氧化刻蚀剂BOE溶液，通过湿法刻蚀去除二氧化硅裸露出硅表面，刻蚀时间4分钟，该硅窗口为边长100～500μm的方孔；(3)用涉及热喷射的简单胶质合成方法来合成γ‐In2Se3纳米花材料；具体为：将24mmol的二氧化硒和30ml的1‐十八烯倒入100ml的三颈烧瓶中，并在氩气环境中200℃的温度下搅拌加热数小时，直到二氧化硒完全溶解，形成0.8M硒前体溶液；将1mmol氯化铟，8mmol的1‐十六胺，15ml的1‐十八烯和6ml油酸在室温下脱气，然后在220℃加热30分钟，形成透明的黄色铟前体溶液；将8ml的0.8M硒前体溶液迅速注入到加热至220℃的黄色铟前体溶液；将混合物搅拌10分钟，然后冷却到室温，获得固体γ‐In2Se3纳米花；将所获得的固体γ‐In2Se3纳米花通过离心法收集，用氯仿和异丙醇洗涤数次，并在60℃的真空下干燥，得到硒化铟材料；(4)将步骤(3)制得的硒化铟材料溶解在乙醇溶剂中，悬涂在顶电极上表面、顶电极内侧壁、二氧化硅隔离层上表面、二氧化硅隔离层内侧壁和硅窗口的上表面，悬涂条件是500r/min,30s；悬涂后在70℃的热板上烘干10min；(5)在n型硅基体底部涂覆镓铟共晶合金，并用导电铜箔胶带粘接金线至镓铟合金上，引出金线；在上表面的金电极上通过引线键合技术将金线引出。