本發(fā)明屬于新型光電探測器領(lǐng)域，具體涉及硒化銦納米合成半導(dǎo)體材料與體硅形成的光電探測器。

背景技術(shù)：

光電探測器是利用半導(dǎo)體材料的光電導(dǎo)效應(yīng)制成的一種光探測器件。所謂光電導(dǎo)效應(yīng)，是指由輻射引起被照射材料電導(dǎo)率改變的一種物理現(xiàn)象。光電探測器在軍事和國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域有廣泛用途，如在可見光或近紅外波段主要用于射線測量和探測、工業(yè)自動控制、光度計(jì)量等。目前科學(xué)研究和市場發(fā)展領(lǐng)域利用半導(dǎo)體材料和體硅結(jié)合形成高效快速的光電探測器的研究正發(fā)展迅猛。

由于其特殊的電學(xué)和光學(xué)性能，III‐VI半導(dǎo)體材料在電子和光電子器件的具有巨大的潛在應(yīng)用，在這些半導(dǎo)體中，硒化銦是一種重要的層疊型半導(dǎo)體，且具有最佳的直接帶隙，有效可見光吸收和相變記憶效應(yīng)。這使得它作為一種在如太陽能能量轉(zhuǎn)換，溫差發(fā)電，隨機(jī)存取存儲器等不同的領(lǐng)域中有希望的參與者。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種方便快速其能定形的合成γ‐In2Se3納米薄膜技術(shù)，同時(shí)將此納米材料與硅結(jié)合形成響應(yīng)效率高，速度快的新型光電探測器。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種基于硒化銦/硅的光電探測器，該光電探測器自下而上依次具有底電極、n型硅基體和二氧化硅隔離層，所述的二氧化硅隔離層上開有硅窗口，使二氧化硅隔離層成回形結(jié)構(gòu)，在二氧化硅隔離層的上表面覆蓋頂電極，頂電極的邊界小于二氧化硅隔離層的邊界(頂電極的內(nèi)邊界小于二氧化硅隔離層的內(nèi)邊界，頂電極的外邊界小于二氧化硅隔離層的外邊界)；在頂電極的上表面覆蓋硒化銦薄膜，硒化銦薄膜分別與頂電極內(nèi)側(cè)壁、二氧化硅隔離層上表面、二氧化硅隔離層內(nèi)側(cè)壁和硅窗口的上表面接觸；硒化銦薄膜與n型硅基體接觸形成硒化銦/硅異質(zhì)結(jié)。

進(jìn)一步地，所述底電極是與n型硅基體形成歐姆接觸的電極，材料為鎵銦共晶合金。

進(jìn)一步地，所述頂電極是與硒化銦薄膜形成歐姆接觸的電極，材料為鉻金電極。

進(jìn)一步地，所述n型硅基體的厚度為300～500μm，電阻率為1～10Ω·cm。

進(jìn)一步地，所述二氧化硅隔離層的厚度為200～500nm。

進(jìn)一步地，所述硒化銦薄膜的厚度為10～30nm。

一種基于硒化銦/硅的光電探測器的制備方法，該方法包括以下步驟：

(1)將商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)4英寸低摻n型單拋氧化硅片(300nm厚度SiO2，電阻率為1～10Ω·cm，硅部分的厚度為300～500μm)，通過丙酮溶液、異丙醇分別超聲3‐5分鐘后，用去離子水超聲5min并用高純氮吹干凈，在硅片上通過光刻工藝(一次光刻)定義出電極圖案，然后采用電子束蒸發(fā)技術(shù)，生長厚度約為5nm的鉻黏附層，再用熱蒸發(fā)技術(shù)生長厚度60nm的金電極，即頂電極，該金電極的寬度為10～50μm，接著進(jìn)行剝離和清洗工藝；

(2)通過光刻工藝(二次光刻)定義硅窗口圖案，并用標(biāo)準(zhǔn)緩沖氧化刻蝕劑BOE溶液(體積比NH4F：HF＝6：1)，通過濕法刻蝕去除的二氧化硅(刻蝕時(shí)間4分鐘)裸露出硅表面，該硅窗口為邊長100～500μm的方孔；

(3)用涉及熱噴射的簡單膠質(zhì)合成方法來合成γ‐In2Se3納米花材料。具體為：將24mmol的二氧化硒和30ml的1‐十八烯倒入100ml的三頸燒瓶中，并在氬氣環(huán)境中200℃的溫度下攪拌加熱數(shù)小時(shí)，直到二氧化硒完全溶解，形成0.8M硒前體溶液。將1mmol氯化銦，8mmol的1‐十六胺，15ml的1‐十八烯和6ml油酸在室溫下脫氣，然后在220℃加熱30分鐘，形成透明的黃色銦前體溶液。將8ml的0.8M硒前體溶液迅速注入到加熱至220℃的黃色銦前體溶液。將混合物攪拌10分鐘，然后冷卻到室溫，獲得固體γ‐In2Se3納米花。將所獲得的固體γ‐In2Se3納米花通過離心法收集，用氯仿和異丙醇洗滌數(shù)次，并在60℃的真空下干燥，得到硒化銦材料。

(4)將步驟3制得的硒化銦材料溶解在乙醇溶劑中，懸涂在頂電極上表面、頂電極內(nèi)側(cè)壁、二氧化硅隔離層上表面、二氧化硅隔離層內(nèi)側(cè)壁和硅窗口的上表面，懸涂條件是500r/min,30s。懸涂后在70℃的熱板上烘干10min。

(5)在n型硅基體底部涂覆鎵銦共晶合金，并用導(dǎo)電銅箔膠帶粘接金線至鎵銦合金上，引出金線；在上表面的金電極上通過引線鍵合技術(shù)將金線引出。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明采用新的制備硒化銦納米材料的方法，將其做成納米花狀的III‐VI半導(dǎo)體薄膜，從而可以與硅形成良好接觸，應(yīng)用到光電探測器上，形成硒化銦/硅這種新型的異質(zhì)pn結(jié)。獲得的光電探測器具有響應(yīng)高(開關(guān)比為1570)，響應(yīng)時(shí)間短(175us)以及強(qiáng)穩(wěn)定性。本發(fā)明的光電探測器基體材料，制備過程簡單，成本低，易與現(xiàn)有半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)工藝兼容，并能集成到標(biāo)準(zhǔn)的PCB電路上。

附圖說明

圖1為本發(fā)明光電探測器的三維結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2本發(fā)明光電探測器在880nm波長的不同功率光照下的光電響應(yīng)；

圖中，n型硅基體1、二氧化硅隔離層2、頂電極3、硒化銦薄膜4、硅窗口5、底電極6。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1所示，本發(fā)明提供的一種基于硒化銦/硅的光電探測器，該光電探測器自下而上依次具有底電極6、n型硅基體1和二氧化硅隔離層2，所述的二氧化硅隔離層2上開有硅窗口5，使二氧化硅隔離層2成回形結(jié)構(gòu)，在二氧化硅隔離層2的上表面覆蓋頂電極3，頂電極3的邊界小于二氧化硅隔離層2的邊界(頂電極3的內(nèi)邊界小于二氧化硅隔離層2的內(nèi)邊界，頂電極3的外邊界小于二氧化硅隔離層2的外邊界)；在頂電極3的上表面覆蓋硒化銦薄膜4，硒化銦薄膜4分別與頂電極3內(nèi)側(cè)壁、二氧化硅隔離層2上表面、二氧化硅隔離層2內(nèi)側(cè)壁和硅窗口5的上表面接觸；硒化銦薄膜4與n型硅基體1接觸形成硒化銦/硅異質(zhì)結(jié)。

進(jìn)一步地，所述底電極6是與n型硅基體1形成歐姆接觸的電極，材料為鎵銦共晶合金。

進(jìn)一步地，所述頂電極3是與硒化銦薄膜4形成歐姆接觸的電極，材料為鉻金電極。

進(jìn)一步地，所述n型硅基體1的厚度為300～500μm，電阻率為1～10Ω·cm。

進(jìn)一步地，所述二氧化硅隔離層2的厚度為200～500nm。

進(jìn)一步地，所述硒化銦薄膜4的厚度為10～30nm。

一種基于硒化銦/硅的光電探測器的制備方法，該方法包括以下步驟：

(1)將商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)4英寸低摻n型單拋氧化硅片(300nm厚度SiO2，電阻率為1～10Ω·cm，硅部分的厚度為300～500μm)，通過丙酮溶液、異丙醇分別超聲3‐5分鐘后，用去離子水超聲5min并用高純氮吹干凈，在硅片上通過光刻工藝(一次光刻)定義出電極圖案，然后采用電子束蒸發(fā)技術(shù)，生長厚度約為5nm的鉻黏附層，再用熱蒸發(fā)技術(shù)生長厚度60nm的金電極，即頂電極，該金電極的寬度為10～50μm，接著進(jìn)行剝離和清洗工藝；

(2)通過光刻工藝(二次光刻)定義硅窗口圖案，并用標(biāo)準(zhǔn)緩沖氧化刻蝕劑BOE溶液(體積比NH4F：HF＝6：1)，通過濕法刻蝕去除的二氧化硅(刻蝕時(shí)間4分鐘)裸露出硅表面，該硅窗口為邊長100～500μm的方孔；

(3)用涉及熱噴射的簡單膠質(zhì)合成方法來合成γ‐In2Se3納米花材料。具體為：將24mmol的二氧化硒和30ml的1‐十八烯倒入100ml的三頸燒瓶中，并在氬氣環(huán)境中200℃的溫度下攪拌加熱數(shù)小時(shí)，直到二氧化硒完全溶解，形成0.8M硒前體溶液。將1mmol氯化銦，8mmol的1‐十六胺，15ml的1‐十八烯和6ml油酸在室溫下脫氣，然后在220℃加熱30分鐘，形成透明的黃色銦前體溶液。將8ml的0.8M硒前體溶液迅速注入到加熱至220℃的黃色銦前體溶液。將混合物攪拌10分鐘，然后冷卻到室溫，獲得固體γ‐In2Se3納米花。將所獲得的固體γ‐In2Se3納米花通過離心法收集，用氯仿和異丙醇洗滌數(shù)次，并在60℃的真空下干燥，得到硒化銦材料。本發(fā)明采用新的制備硒化銦納米材料的方法，將其做成納米花狀的III‐VI半導(dǎo)體薄膜，從而可以與硅形成良好接觸，應(yīng)用到光電探測器上，形成硒化銦/硅這種新型的異質(zhì)pn結(jié)，且部分與頂電極接觸形成良好歐姆接觸，將載流子導(dǎo)出。

(4)將步驟3制得的硒化銦材料溶解在乙醇溶劑中，懸涂在頂電極3上表面、頂電極3內(nèi)側(cè)壁、二氧化硅隔離層2上表面、二氧化硅隔離層2內(nèi)側(cè)壁和硅窗口5的上表面，懸涂條件是500r/min,30s。懸涂后在70℃的熱板上烘干10min。

(5)在n型硅基體底部涂覆鎵銦共晶合金，并用導(dǎo)電銅箔膠帶粘接金線至鎵銦合金上，引出金線；在上表面的金電極上通過引線鍵合技術(shù)將金線引出。

采用本發(fā)明制備的基于硒化銦/硅的光電探測器響應(yīng)范圍廣，本實(shí)施例制得的光電探測器的響應(yīng)曲線如圖2所示，光電探測器響應(yīng)高，響應(yīng)時(shí)間短，強(qiáng)穩(wěn)定性。本發(fā)明中的光電探測器可以擴(kuò)展到采用成熟的工業(yè)半導(dǎo)體硅技術(shù)結(jié)合封裝制備成新型光電傳感器件，市場化前景可觀。