CN105244405B - 紫外探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种紫外探测器，包括SiC板；位于所述SiC板上的石墨烯层；以及位于所述石墨烯层上的第一电极和第二电极。本发明的紫外探测器能够实现对紫外光的超快探测，对紫外光探测的精度和灵敏度高，制造成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种探测器，具体涉及一种紫外探测器。
背景技术
现有的紫外光电探测器是采用PIN型结构的光电探测器，基本原理是紫光外照射PIN结时，光生电子空穴对被内建电场分离，形成与入射光功率大小相关的光生电动势。它的有效光吸收区可以做的比较厚，使得大部分光子在此区吸收，而且耗尽区内的高强电场把电子空穴对分离，快速扫入两边的掺杂区，能达到对紫外光的灵敏探测。为了保持晶格常数的匹配，获得高质量的晶体，研究人员通常选用与GaN晶格常数相同的几种合金来制造PIN型紫外探测器。但是，GaN基的紫外探测器材料结构复杂，器件工艺成本高。同时，目前的PIN紫外探测器对紫外光的探测率、紫外选择性以及可靠性都不令人满意。
发明内容
针对上述问题，本发明的一个实施例提供了一种紫外探测器，包括：
SiC板；
位于所述SiC板上的石墨烯层；以及
位于所述石墨烯层上的第一电极和第二电极。
优选的，所述紫外探测器还包括与所述第一电极和第二电极分别电连接的第一引线和第二引线。
优选的，所述石墨烯层的层数小于10层。
优选的，所述第一电极和第二电极为一组两端电极。
优选的，所述第一电极和第二电极为一组叉指电极。
优选的，所述紫外探测器还包括将所述SiC板、石墨烯层、第一电极、第二电极、第一引线和第二引线进行封装的封装壳体，所述封装壳体具有供光线入射到所述SiC板上的通光窗口。
本发明的紫外探测器能够实现对紫外光的超快探测，对紫外光探测的精度和灵敏度高，制造成本低。
附图说明
以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：
图1是SiC基石墨烯对紫外光探测的原理图。
图2是本发明第一个实施例的紫外探测器的结构示意图。
图3是本发明第二个实施例的紫外探测器的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
申请人在研究中发现：当在SiC上生长石墨烯后，如果能量大于SiC带隙的紫外光照射到SiC上，能激发SiC价带的电子跃迁到导带。而在SiC中产生的光生载流子在SiC与石墨烯界面的内建电场作用下，快速转移到石墨烯中，使石墨烯的载流子浓度发生变化，导致石墨烯的电导发生极大的变化。通过石墨烯电导的变化可以实现对紫外光的探测。图1是SiC基石墨烯对紫外光探测的原理图，其中hν表示紫外光子的能量，左侧为SiC的能带示意图，EV为SiC的价带，EC为SiC的导带，EF为SiC的费米能级，右侧为石墨烯的能带示意图。
基于上述发现，申请人发明了一种紫外探测器，图2是本发明第一个实施例的紫外探测器的结构示意图。如图2所示，紫外探测器100包括SiC板1，位于SiC板1上的石墨烯层2，位于石墨烯层2上的电极31和电极32，以及分别与电极31、32电连接的引线41和引线42。SiC板1可以选择任意晶型或晶面的SiC衬底。石墨烯层2的层数优选小于10层，可以是通过热分解SiC板1制备，也可以通过化学气相沉积法获得。电极31、32呈长方体状，分别位于石墨烯层2的两端，即电极31、32形成一组两端电极。
本发明的紫外探测器100中的SiC板1除了作为石墨烯层2的衬底外，更重要的是将SiC板1作为感光材料，SiC较大的光吸收体积增强了对紫外光的响应，能够更好实现对紫外光的探测。
为了便于紫外探测器100的存储、运输和使用，紫外探测器100还包括将SiC板1、石墨烯层2、电极31和电极32、引线41和引线42进行封装的封装壳体(图2未示出)，引线41和引线42与封装壳体上的引线柱电连接，封装壳体具有供紫外光入射到SiC板1上的通光窗口。
图3是本发明第二个实施例的紫外探测器的结构示意图。紫外探测器200与图2中的紫外探测器100基本相同，区别在于紫外探测器200的电极51、52为一组叉指电极。
在本发明的实施例中，还可以是其他形状的两个电极，只要确保引线41和引线42分别与两个电极电连接即可。
以下将概述图2所示的紫外探测器100的制备方法。
将洁净的SiC板1放入高温生长炉中，通入惰性气体或者惰性气体与氢气的混合气，在气压为1-100kPa，温度为1000-1500℃，退火时间1-5小时条件下，去除SiC板1表面的损伤层。再次通入惰性气体或者惰性气体与氢气的混合气，在气压为100Pa以下、温度为1100-2000℃、时间为10-90分钟，SiC板1在高温下热分解并在其上外延生长石墨烯层2。利用两端电极掩膜板，结合光学曝光技术及金属蒸发技术，在石墨烯层2上蒸镀金属电极31、32。利用超声键合技术，在电极31、32上分别焊接引线41、42，并将引线41、42与封装壳体的引线柱连接，完成器件封装。
在本发明的其他实施例中，还可以制备由多个紫外探测器200(或紫外探测器100)形成的紫外探测器阵列，例如可以制备由8个紫外探测器200形成的8×1的紫外探测器阵列，例如还可以由64个紫外探测器200形成的8×8的紫外探测器阵列。
本发明提供的紫外探测器综合利用了SiC高效吸收紫外光、SiC中光生载流子快速转移到石墨烯和石墨烯优良的电子输运特性等性质，使得石墨烯的电导快速地发生非常大的变化，实现对紫外光的超快探测，因此本发明的紫外探测器探测的精度和灵敏度高。另外本发明的紫外探测器可以选择任意晶型和晶面的SiC衬底，且与现有大规模集成电路工艺相兼容，制造成本低。
虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。
Claims (5)
1.一种紫外探测器，其特征在于，包括：
SiC板，所述SiC板用于吸收紫外光；
位于所述SiC板上的石墨烯层；
位于所述石墨烯层上的第一电极和第二电极；以及
将所述SiC板、石墨烯层、第一电极和第二电极进行封装的封装壳体，所述封装壳体具有供所述紫外光入射到所述SiC板上以改变所述石墨烯层的电导的通光窗口。
2.根据权利要求1所述的紫外探测器，其特征在于，所述紫外探测器还包括与所述第一电极和第二电极分别电连接的第一引线和第二引线。
3.根据权利要求1所述的紫外探测器，其特征在于，所述石墨烯层的层数小于10层。
4.根据权利要求1所述的紫外探测器，其特征在于，所述第一电极和第二电极为一组两端电极。
5.根据权利要求1所述的紫外探测器，其特征在于，所述第一电极和第二电极为一组叉指电极。
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