CN110416348A - 基于肖特基结的线偏振光探测器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于肖特基结的线偏振光探测器及其制备方法，属于光探测器的制备技术领域。所述基于肖特基结的线偏振光探测器，包括：漏电极、源电极、二氧化硅衬底以及有源层；所述漏电极、有源层以及源电极从左至右依次位于所述二氧化硅衬底上方；所述有源层的材料为N型半导体纳米线；所述漏电极和源电极的材料均为金属材料。本发明提供的基于肖特基结的线偏振光探测器，通过使用半导体纳米线作为有源层，而源、漏电极均为金属材料，使半导体和金属的交界面为肖特基结，肖特基结可以使有源层本身只能吸收可见光延伸至红外光。

Description

基于肖特基结的线偏振光探测器及其制备方法
技术领域
本发明涉及光探测器的制备技术领域，尤其涉及一种基于肖特基结的线偏振光探测器及其制备方法。
背景技术
随着探测技术以及传感技术的飞速发展，光探测的精度越来越高，但普通光探测技术所收集的信息并不能满足人们的需求，需考虑其他的探测维度来丰富探测信息。如果将光波基本特征之一的偏振态引入光探测技术，将会有效增加探测维度，更全面准确的获取目标的表面纹理结构、表面状态和材料类型等信息。
近些年，基于一些低维层半导体的敏感偏振光探测器件已经逐渐出现。这类半导体具有低对称性的晶体结构，比如斜方晶系的黑磷(b-P)、黑砷(b-As)和GeSe，单斜晶系的GaTe和GeAs，三斜晶系的ReS2和ReSe2，都在光电方面表现出明显的各项异性。光学上的各向异性主要体现在这类材料的吸收光谱与入射光的偏振态有着绝对的依赖关系。因此，基于此类半导体的光电探测器可以实现将普通光电探测延伸至线偏振光探测，这样光探测维度得以增加，目标信息获取更加全面。然而，作为二维材料，大面积合成仍然是其不可避免的难点，并且与集成电路技术完美融合也很难，这无形中增加了基于二维材料偏振光探测器件的制备成本，很难商用。同时目前的这类器件主要为欧姆型两端器件，这使得各向异性仅仅依赖于半导体材料，比如探测光谱范围，受这类材料带隙的限制，目前涉及的波段范围主要在红外光谱以及部分可见光。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提供了一种基于肖特基结的线偏振光探测器及其制备方法，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。
(二)技术方案
根据本发明的一个方面，提供了一种一种基于肖特基结的线偏振光探测器，包括：
漏电极、源电极、二氧化硅衬底以及有源层；
所述漏电极、有源层以及源电极从左至右依次位于所述二氧化硅衬底上方；
所述有源层的材料为N型半导体纳米线；所述漏电极和源电极的材料均为金属材料，所述有源层与漏、源电极的交界面为所述肖特基结。
在一些实施例中，所述有源层的材料为N型半导体硫化锑纳米线；所述漏电极和源电极的材料均为金属材料Au。
在一些实施例中，所述源电极和漏电极的金属材料的功函数，位于所述有源层的费米能级之下1eV左右。在一些实施例中，所述线偏振光探测器的探测波段为可见光以及近红外。
在一些实施例中，所述有源层的宽为40nm，高为40nm，长为20μm，所述源电极和漏电极的厚度均为50nm，长度均为150nm，宽度均为50nm。
根据本发明的另一个方面，提供了一种如上所述的基于肖特基结的线偏振光探测器的制备方法，包括：
在二氧化硅衬底上制备N型半导体纳米线作为有源层；
在所述二氧化硅衬底上，位于有源层的左右两侧的位置，制备漏电极和源电极；
对由所述有源层、漏电极、源电极以及二氧化硅衬底形成的整体结构进行封装，得到所述基于肖特基结的线偏振光探测器。
在一些实施例中，在所述二氧化硅衬底上，位于有源层的左右两侧的位置，制备漏电极和源电极，包括：
在所述二氧化硅衬底上，位于有源层的左右两侧的位置，旋涂掩模材料；
设计电极图版，在所述掩模材料上刻蚀出所述源电极和漏电极的电极区域；
在所述电极区域上沉积所述源电极和漏电极；
将所述掩模材料洗去，得到所述源电极和漏电极并对所述源电极和漏电极引线。
在一些实施例中，所述掩模材料为PMMA，采用电子束刻蚀方法刻蚀所述源电极和漏电极的电极区域。
在一些实施例中，采用磁控溅射方法沉积所述源电极和漏电极。
在一些实施例中，采用丙酮，乙醇及去离子水依次对所述掩模材料进行清洗，采用铝丝焊机对所述源电极和漏电极引线。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明基于肖特基结的线偏振光探测器及其制备方法，至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
(1)本发明提供的基于肖特基结的线偏振光探测器，通过使用半导体纳米线作为有源层，而源、漏电极均为金属材料，使半导体和金属的交界面为肖特基结，肖特基结可以使有源层本身只能吸收可见光延伸至红外光；
(2)本发明提供的基于肖特基结的线偏振光探测器，使用的硫化锑纳米线具有高的光学各向异性，且光吸收区域可遍布整个可见光区域，非常有利于敏感偏振光探测；
(3)本发明提供的基于肖特基结的线偏振光探测器，在有源层本身表现的光电各向异性基础上，肖特基结可增强敏感偏振光的最大电流和最小电流比值；
(4)本发明提供的基于肖特基结的线偏振光探测器的制备方法，通过在二氧化硅上沉积半导体纳米线作为有源层，使有源层的光吸收区域可遍布整个可见光区域，非常有利于敏感偏振光探测。
附图说明
图1为本发明提供的基于肖特基结的线偏振光探测器的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的基于肖特基结的线偏振光探测器在漏电极施加正电压时的能带图；
图3为本发明实施例提供的基于肖特基结的线偏振光探测器的截面示意图；
图4为本发明提供的基于肖特基结的线偏振光探测器的制备方法流程图。
上述附图中，附图标记含义具体如下：
11-漏电极；12-源电极；13-二氧化硅衬底；14-N型半导体纳米线；15-硅片；16-可见光；17-红外光；18-电子；19-空穴。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
根据本发明的一个方面，提供了一种基于肖特基结的线偏振光探测器，如图1所示，包括：
漏电极11、源电极12、二氧化硅衬底13以及有源层14；
漏电极11、有源层14以及源电极12从左至右依次位于二氧化硅衬底13上方；
有源层14的材料为N型半导体纳米线；漏电极11和源电极12的材料均为金属材料。
本发明提供的基于肖特基结的线偏振光探测器，通过使用半导体纳米线作为有源层，而源、漏电极均为金属材料，使半导体和金属交界面处为肖特基结，肖特基结可以使有源层本身只能吸收可见光延伸至红外光。
在本实施例中，有源层14的材料为N型半导体硫化锑纳米线；漏电极11和源电极12的材料均为金属材料Au。
在本实施例中，N型半导体纳米线和金属交界面处的肖特基结对光电子有一定的阻碍，但是能够增强偏振光的敏感性，更有利于偏振光探测，使得不同方向的偏振光产生的光电流差异性增大，使得最大值和最小值比例增大。如图2中的能带示意图，在漏电极施加正电压时，漏电极附近的肖特基结势垒降低，耗散层也变窄，光生载流子越过低势垒产生光电导。偏振光偏振方向与N型半导体纳米线平行和垂直时分别出现最小和最大光电流，实现在所有可见光区域内的偏振光探测；在源电极处，红外光激发金属的等离子体共振，产生光电子，越过势垒产生光电导。而肖特基结使得这种光电导具有了偏振特性，实现红外光的偏振光探测，弥补有源层硫化锑只能吸收可见光的不足。
本发明提供的基于肖特基结的线偏振光探测器，在有源层本身表现的光电各向异性基础上，肖特基结可增强敏感偏振光的最大电流和最小电流比值。
进一步的，作为有源层的硫化锑纳米线在沉积过程中沿着a轴层状堆积，纳米线表面为b-c面，结构和光学上都具有高的各向异性，对偏振光具有敏感性。
在本实施例中，源电极和漏电极的金属材料的功函数，位于所述N型半导体有源层的费米能级之下1eV左右。
优选的，N型半导体纳米线形成的有源层的宽为40nm，高为40nm，长为20μm，源电极和漏电极的厚度均为50nm，长度均为150nm和，宽度均为50nm。
在一具体实施例中，如图3所示，基于肖特基结的线偏振光探测器包括：漏电极11、源电极12、二氧化硅衬底13以及有源层14，以及位于二氧化硅衬底下方的硅片15。该硅片15与二氧化硅13为一体结构。
根据本发明的另一个方面，提供了一种基于肖特基结的线偏振光探测器的制备方法，如图4所示，该方法包括：
S41，在二氧化硅衬底上制备N型半导体纳米线作为有源层；
S42，在二氧化硅衬底上，位于有源层的左右两侧的位置，制备漏电极和源电极；
S43，对由有源层、漏电极、源电极以及二氧化硅衬底形成的整体结构进行封装，得到基于肖特基结线偏振光探测器。
本发明提供的基于肖特基结的线偏振光探测器的制备方法，通过在二氧化硅上沉积半导体纳米线作为有源层，使有源层的光吸收区域可遍布整个可见光区域，非常有利于敏感偏振光探测。
在本实施例中，可以通过物理气相沉积能够在二氧化硅衬底上沉积高质量的纳米线，该纳米线为硫化锑纳米线。
在本实施例中，步骤S42，包括：
在二氧化硅衬底上，位于有源层的左右两侧的位置，旋涂掩模材料；
设计电极图版，在掩模材料上刻蚀出所述源电极和漏电极的的电极区域；
在电极区域上沉积源电极和漏电极；
将掩模材料洗去，得到源电极和漏电极并对源电极和漏电极引线。
在本实施例中，掩模材料为PMMA，采用电子束刻蚀所述源电极和漏电极的电极区域；采用磁控溅射方法沉积所述源电极和漏电极，；采用丙酮，乙醇及去离子水依次对掩模材料进行清洗，采用铝丝焊机对源电极和漏电极进行引线。
至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明有了清楚的认识。
需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。
还需要说明的是，本文可提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值。实施例中提到的方向用语，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
应注意，贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在以上描述中，一些具体实施例仅用于描述目的，而不应该理解为对本发明有任何限制，而只是本发明实施例的示例。在可能导致对本发明的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。应注意，图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本发明实施例的内容。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于肖特基结的线偏振光探测器，其特征在于，包括：
漏电极、源电极、二氧化硅衬底以及有源层；
所述漏电极、有源层以及源电极从左至右依次位于所述二氧化硅衬底上方；
所述有源层的材料为N型半导体纳米线；所述漏电极和源电极的材料均为金属材料，所述有源层与漏、源电极的交界面为所述肖特基结。
2.根据权利要求1所述的线偏振光探测器，其特征在于，所述有源层的材料为N型半导体硫化锑纳米线；所述漏电极和源电极的材料均为金属材料Au。
3.根据权利要求1所述的线偏振光探测器，其特征在于，所述源电极和漏电极的金属材料的功函数，位于所述有源层的费米能级之下1eV左右。
4.根据权利要求1所述的线偏振光探测器，其特征在于，所述线偏振光探测器的探测波段为可见光以及近红外。
5.根据权利要求1所述的线偏振光探测器，其特征在于，所述有源层的宽为40nm，高为40nm，长为20μm，所述源电极和漏电极的厚度均为50nm，长度均为150nm，宽度均为50nm。
6.一种如权利要求1-5中任一项所述的基于肖特基结的线偏振光探测器的制备方法，其特征在于，包括：
在二氧化硅衬底上制备N型半导体纳米线作为有源层；
在所述二氧化硅衬底上，位于有源层的左右两侧的位置，制备漏电极和源电极；
对由所述有源层、漏电极、源电极以及二氧化硅衬底形成的整体结构进行封装，得到所述基于肖特基结的线偏振光探测器。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在所述二氧化硅衬底上，位于有源层的左右两侧的位置，制备漏电极和源电极，包括：
在所述二氧化硅衬底上，位于有源层的左右两侧的位置，旋涂掩模材料；
设计电极图版，在所述掩模材料上刻蚀出所述源电极和漏电极的电极区域；
在所述电极区域上沉积所述源电极和漏电极；
将所述掩模材料洗去，得到所述源电极和漏电极并对所述源电极和漏电极引线。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述掩模材料为PMMA，采用电子束刻蚀方法刻蚀所述源电极和漏电极的电极区域。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，采用磁控溅射方法沉积所述源电极和漏电极。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，采用丙酮，乙醇及去离子水依次对所述掩模材料进行清洗，采用铝丝焊机对所述源电极和漏电极引线。
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