CN111370508B - 基于bn的光电导型同质集成紫外/红外双色探测器及其制备方法 - Google Patents
基于bn的光电导型同质集成紫外/红外双色探测器及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111370508B CN111370508B CN202010191521.5A CN202010191521A CN111370508B CN 111370508 B CN111370508 B CN 111370508B CN 202010191521 A CN202010191521 A CN 202010191521A CN 111370508 B CN111370508 B CN 111370508B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- dimensional
- electrode
- ultraviolet
- infrared
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 30
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims abstract description 21
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 13
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 12
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000000825 ultraviolet detection Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 32
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 32
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 claims description 22
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 14
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 12
- 230000010354 integration Effects 0.000 claims description 10
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 6
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 claims description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 6
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims description 5
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 claims description 3
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 claims description 3
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 3
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims description 3
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 3
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 claims description 3
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 claims description 3
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000010923 batch production Methods 0.000 abstract description 5
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 abstract description 5
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 93
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 92
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 4
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 4
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000004868 gas analysis Methods 0.000 description 1
- 238000003331 infrared imaging Methods 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
- 238000004659 sterilization and disinfection Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/0304—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
- H01L31/03044—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds comprising a nitride compounds, e.g. GaN
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/09—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/184—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP
- H01L31/1856—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP comprising nitride compounds, e.g. GaN
Landscapes
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
本发明提供了一种基于BN的光电导型同质集成紫外/红外双色探测器，为凸台结构，从下至上依次包括衬底，均通过外延技术生长的BN缓冲层、三维BN层、介电层、二维BN层，介电层和二维BN层形成台面；还包括第一电极、第二电极，第一电极设于三维BN层上，第二电极设于二维BN层上；探测器利用光电导型模式，实现红外和紫外探测信号的提取。本发明还提供了上述基于BN的光电导型同质集成紫外/红外双色探测器的制备方法。本发明的基于BN的光电导型同质集成紫外/红外双色探测器的结构简单，利用二维BN光学声子极化效应诱导自由载流子漂移实现红外探测，利用三维BN实现紫外探测，实现了同质集成，且制备工艺简单、可控性强、可批量生产、应用前景广泛。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种基于BN的光电导型同质集成紫外/红外双色探测器及其制备方法。
背景技术
如今红外探测器和紫外探测器已经广泛应用于军事和民用等各个方面。红外探测器的应用包括常见的红外感应(如感应水龙头、感应门和感应灯等)，以及矿产资源勘探、无损探伤、气体分析、红外成像、火警预警、红外精确制导、航空探测以及气象卫星等领域。紫外探测器在早期主要应用于紫外报警、紫外通信、紫外制导等军事领域，随后，紫外探测器也逐渐出现在紫外消毒、火灾探测、紫外固化和聚合、生物医学、光谱分析及粒子探测等领域。然而，随着实际应用环境的复杂化、集成度需求的不断提高以及红外干扰技术的快速发展，单色探测器越来越无法满足实际应用的需求。因此，为了有效地抑制背景的复杂度对探测器的影响，提高探测器对目标的探测效果，降低预警、搜索和跟踪系统中的虚警率，提高系统的性能以及在各种军事及民用平台上的通用性，研究人员试图把红外探测器和紫外探测器集成到一起，形成能同时探测紫外和红外波段的紫外/红外双色集成探测器，这也是目前光电探测器发展的一个重要方向。目前，由于常用的紫外和红外探测材料晶格差异较大，很难通过异质外延生长将二者结合在一起。通常紫外/红外双色探测器都是通过胶粘等物理结合方式进行集成。这种集成方式结构复杂，不利于器件小型化和芯片化。因此，寻找一种同质集成的紫外/红外探测器是未来双色探测器发展的方向。
氮化硼(BN)是一种宽禁带半导体材料，其具备耐高温高压、耐酸碱腐蚀、高的击穿电场、高的热导率、高的电子饱和速率及抗辐射等优点，同时具有良好的紫外吸收特性，禁带宽度为5.97eV，对应于深紫外日盲波段，且氮化硼在此波段的吸收系数高达7×105cm-1(远高于AlN材料的2×105cm-1)，这使其成为制备深紫外光电探测器的优选材料。
同时，BN还可以制备成二维材料，二维BN材料(2D-BN)可与红外光发生共振，产生声子极化子，实现红外共振吸收响应(该效应已经被扫描近场光学显微镜SNOM直接观测证实)。其红外共振吸收所产生的极化声子会沿面内传播，这与表面等离激元类似，可以利用极化声子的场增强效应对材料电导率的影响实现对红外光的探测。但是到目前为止，如何设计探测器结构实现基于BN的紫外/红外双色探测器，尚没有得到解决，未见相关报道。
因此，急需研究一种基于BN的光电导型同质集成紫外/红外双色探测器及其制备方法，利用二维BN光学声子极化效应诱导自由载流子漂移实现红外探测，利用三维BN实现紫外探测，实现紫外/红外探测器的同质集成。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于BN的光电导型同质集成紫外/红外双色探测器及其制备方法，结构简单，利用二维BN光学声子极化效应诱导自由载流子漂移实现红外探测，利用三维BN实现紫外探测，实现紫外/红外探测器的同质集成，制备工艺简单、可控性强、可批量生产、应用前景广泛。
本发明的目的可通过以下的技术措施来实现：
本发明提供了一种基于BN的光电导型同质集成紫外/红外双色探测器，为凸台结构，从下至上依次包括衬底，均通过外延技术生长的BN缓冲层、三维BN层、介电层、二维BN层，所述介电层和所述二维BN层形成台面；
还包括第一电极、第二电极，所述第一电极设于所述三维BN层上，所述第二电极设于所述二维BN层上；
所述BN缓冲层用于释放所述衬底与外延材料晶格失配产生的应力，提高外延材料的质量；所述介电层用于区分所述三维BN层与所述二维BN层，吸收紫外光、透过红外光，以保证所述二维BN层的探测信号为红外探测信号；所述三维BN层用于紫外光探测，所述二维BN层利用光学声子极化效应诱导自由载流子漂移实现红外光探测，所述探测器利用光电导型模式，实现红外和紫外探测信号的提取。
进一步地，所述三维BN层为n型掺杂的三维BN材料，所述二维BN层为n型掺杂的二维BN材料，所述介电层为非掺杂。
进一步地，所述介电层的材质为介电材料AlN或SiO2。
进一步地，所述第一电极、所述第二电极独立地设计成欧姆或肖特基接触电极；所述第一电极、所述第二电极独立地设计成两端电极或者叉指电极。
进一步地，当电极为欧姆接触电极时，电极的材料为Ti、Al、Ni、Au中的任意一种；当电极为肖特基接触电极时，电极的材料为Ni或Au。
本发明还提供了一种如上所述的基于BN的光电导型同质集成紫外/红外双色探测器的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：采用外延技术在所述衬底上依次生长所述BN缓冲层、所述三维BN层、所述介电层、所述二维BN层；
步骤S2：采用PECVD技术在所述二维BN层上生长SiO2掩膜层，利用光刻技术在所述SiO2掩膜层上光刻出台面图形，台面区域的光刻胶保留，台面以外区域的光刻胶去除；
步骤S3：采用RIE刻蚀，刻蚀去除台面以外区域的SiO2，将台面图形转移至所述SiO2掩膜层；再用丙酮去除台面区域的光刻胶，采用ICP刻蚀，刻蚀去除台面区域以外的二维BN、介电材料，将台面图形转移至所述介电层；再用HF去除台面区域的SiO2，完成台面结构的制备；
步骤S4：采用光刻技术，在所述三维BN层、所述二维BN层上分别制备所述第一电极、所述第二电极的光刻胶掩膜图形，电极图形区域的光刻胶去除，非电极区域的光刻胶保留；
步骤S5：采用电子束蒸发技术，在有光刻胶作为掩膜的电极图形上蒸镀电极材料；再采用Lift Off技术溶解光刻胶，电极图形区域的电极材料保留，非电极区域的光刻胶和电极材料去除；再快速退火处理电极材料，完成所述第一电极、所述第二电极的制备，所述探测器制备完成。
进一步地，所述步骤S1中的外延技术为MOCVD、MBE、磁控溅射法中的任意一种。
进一步地，所述步骤S5中电极材料的蒸镀厚度为10-300纳米。
进一步地，所述步骤S5中采用Lift Off技术溶解光刻胶，溶解液选用丙酮溶液。
进一步地，所述步骤S5中采用快速退火炉，在N2氛围下对电极材料进行退火处理，退火温度及时间由电极材料决定。
本发明的基于BN的光电导型同质集成紫外/红外双色探测器及其制备方法，结构简单，利用二维BN光学声子极化效应诱导自由载流子漂移实现红外探测，利用三维BN实现紫外探测，实现紫外/红外探测器的同质集成，制备工艺简单、可控性强、可批量生产、应用前景广泛，有益效果在于：
1)本发明的基于BN的光电导型同质集成紫外/红外双色探测器，利用二维BN光学声子极化效应诱导自由载流子漂移实现红外探测，利用三维BN实现紫外探测，实现紫外/红外探测器的同质集成，避免了现有紫外/红外双色集成探测器中紫外和红外探测材料只能通过胶粘等物理结合方式进行集成；本发明的探测器结构简单，更有利于器件小型化和芯片化。
2)本发明的基于BN的光电导型同质集成紫外/红外双色探测器的制备方法，工艺过程简单、可控性强、可批量生产、应用前景广泛。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明基于BN的光电导型同质集成紫外/红外双色探测器的结构示意图；
附图说明：1-衬底；2-BN缓冲层；3-三维BN层；4-介电层；5-二维BN层；6-第一电极；7-第二电极。
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，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对本发明的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其它具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。
本发明提供了一种基于BN的光电导型同质集成紫外/红外双色探测器，如图1所示，为凸台结构，从下至上依次包括衬底1，均通过外延技术生长的BN缓冲层2、三维BN层3、介电层4、二维BN层5，所述介电层4和所述二维BN层5形成台面；
还包括第一电极6、第二电极7，所述第一电极6设于所述三维BN层3上，所述第二电极7设于所述二维BN层5上；
所述BN缓冲层2用于释放所述衬底与外延材料晶格失配产生的应力，提高外延材料的质量；所述介电层4用于区分所述三维BN层3与所述二维BN层5，吸收紫外光、透过红外光，以保证所述二维BN层5的探测信号为红外探测信号；所述三维BN层3用于紫外光探测，所述二维BN层5利用光学声子极化效应诱导自由载流子漂移实现红外光探测，所述探测器利用光电导型模式，实现红外和紫外探测信号的提取。
其中，所述三维BN层3为n型掺杂的三维BN材料，所述二维BN层5为n型掺杂的二维BN材料，所述介电层4为非掺杂。二维BN预先进行n型掺杂以获得自由载流子，二维BN光学声子极化效应诱导自由载流子漂移，声子极化的增强效应对电导率的影响实现红外探测响应。本发明利用三维BN材料宽禁带的特性实现紫外探测。
所述介电层4的材质为介电材料AlN、GaN、SiO2等宽禁带半导体，介电层4的作用是区分所述三维BN层3与所述二维BN层5，吸收紫外光、透过红外光，以保证所述二维BN层5的探测信号为红外探测信号。所述衬底1采用探测器通用衬底材料即可，例如C面蓝宝石。
其中，所述第一电极6、所述第二电极7可独立地设计成欧姆或肖特基接触电极；所述第一电极6、所述第二电极7独立地设计成两端电极或者叉指电极；可以设计成两端都是欧姆接触电极，或者一端是欧姆电极，另一端是肖特基电极。当电极为欧姆接触电极时，电极的材料为Ti、Al、Ni、Au等能够与BN形成欧姆接触的同种金属或者合金；当电极为肖特基接触电极时，电极的材料为Ni或Au等能够与BN形成肖特基接触的同种金属或者合金。
本发明还提供了一种如上所述的基于BN的光电导型同质集成紫外/红外双色探测器的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：采用外延技术在所述衬底1上依次生长所述BN缓冲层2、所述三维BN层3、所述介电层4、所述二维BN层5；
步骤S2：采用PECVD技术在所述二维BN层5上生长SiO2掩膜层，利用光刻技术在所述SiO2掩膜层上光刻出台面图形，台面区域的光刻胶保留，台面以外区域的光刻胶去除；
步骤S3：采用RIE刻蚀，刻蚀去除台面以外区域的SiO2，将台面图形转移至所述SiO2掩膜层；再用丙酮去除台面区域的光刻胶，采用ICP刻蚀，刻蚀去除台面区域以外的二维BN、介电材料，将台面图形转移至所述介电层；再用HF去除台面区域的SiO2，完成台面结构的制备；
步骤S4：采用光刻技术，在所述三维BN层3、所述二维BN层5上分别制备所述第一电极6、所述第二电极7的光刻胶掩膜图形，电极图形区域的光刻胶去除，非电极区域的光刻胶保留；
步骤S5：采用电子束蒸发技术，在有光刻胶作为掩膜的电极图形上蒸镀电极材料；再采用Lift Off技术溶解光刻胶，电极图形区域的电极材料保留，非电极区域的光刻胶和电极材料去除；再快速退火处理电极材料，完成所述第一电极、所述第二电极的制备，所述探测器制备完成。
其中，所述步骤S1中的外延技术为MOCVD、MBE、磁控溅射法中的任意一种。所述步骤S5中电极材料的蒸镀厚度为10-300纳米；所述步骤S5中采用Lift Off技术溶解光刻胶，溶解液选用丙酮溶液，使光刻胶与光刻胶上面覆盖的电极材料脱落；所述步骤S5中采用快速退火炉，在N2氛围下对电极材料进行退火处理，退火温度及时间由电极材料决定。
本发明的基于BN的光电导型同质集成紫外/红外双色探测器及其制备方法，结构简单，利用二维BN光学声子极化效应诱导自由载流子漂移实现红外探测，利用三维BN实现紫外探测，实现紫外/红外探测器的同质集成，制备工艺简单、可控性强、可批量生产、应用前景广泛，有益效果在于：
1)本发明的基于BN的光电导型同质集成紫外/红外双色探测器，利用二维BN光学声子极化效应诱导自由载流子漂移实现红外探测，利用三维BN实现紫外探测，实现紫外/红外探测器的同质集成，避免了现有紫外/红外双色集成探测器中紫外和红外探测材料只能通过胶粘等物理结合方式进行集成；本发明的探测器结构简单，更有利于器件小型化和芯片化。
2)本发明的基于BN的光电导型同质集成紫外/红外双色探测器的制备方法，工艺过程简单、可控性强、可批量生产、应用前景广泛。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于BN的光电导型同质集成紫外/红外双色探测器，其特征在于，为凸台结构，从下至上依次包括衬底，均通过外延技术生长的BN缓冲层、三维BN层、介电层、二维BN层，所述介电层和所述二维BN层形成台面；
还包括第一电极、第二电极，所述第一电极设于所述三维BN层上，所述第二电极设于所述二维BN层上；
所述BN缓冲层用于释放所述衬底与外延材料晶格失配产生的应力，提高外延材料的质量；所述介电层用于区分所述三维BN层与所述二维BN层，吸收紫外光、透过红外光，以保证所述二维BN层的探测信号为红外探测信号；所述三维BN层用于紫外光探测，所述二维BN层利用光学声子极化效应诱导自由载流子漂移实现红外光探测，所述探测器利用光电导型模式，实现红外和紫外探测信号的提取；
所述三维BN层为n型掺杂的三维BN材料，所述二维BN层为n型掺杂的二维BN材料，所述介电层为非掺杂。
2.根据权利要求1所述的基于BN的光电导型同质集成紫外/红外双色探测器，其特征在于，所述介电层的材质为介电材料AlN或SiO2。
3.根据权利要求1所述的基于BN的光电导型同质集成紫外/红外双色探测器，其特征在于，所述第一电极、所述第二电极独立地设计成欧姆或肖特基接触电极；所述第一电极、所述第二电极独立地设计成两端电极或者叉指电极。
4.根据权利要求3所述的基于BN的光电导型同质集成紫外/红外双色探测器，其特征在于，当电极为欧姆接触电极时，电极的材料为Ti、Al、Ni、Au中的任意一种；当电极为肖特基接触电极时，电极的材料为Ni或Au。
5.一种如权利要求1-4任意一项权利要求所述的基于BN的光电导型同质集成紫外/红外双色探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：采用外延技术在所述衬底上依次生长所述BN缓冲层、所述三维BN层、所述介电层、所述二维BN层；
步骤S2：采用PECVD技术在所述二维BN层上生长SiO2掩膜层，利用光刻技术在所述SiO2掩膜层上光刻出台面图形，台面区域的光刻胶保留，台面以外区域的光刻胶去除；
步骤S3：采用RIE刻蚀，刻蚀去除台面以外区域的SiO2，将台面图形转移至所述SiO2掩膜层；再用丙酮去除台面区域的光刻胶，采用ICP刻蚀，刻蚀去除台面区域以外的二维BN、介电材料，将台面图形转移至所述介电层；再用HF去除台面区域的SiO2，完成台面结构的制备；
步骤S4：采用光刻技术，在所述三维BN层、所述二维BN层上分别制备所述第一电极、所述第二电极的光刻胶掩膜图形，电极图形区域的光刻胶去除，非电极区域的光刻胶保留；
步骤S5：采用电子束蒸发技术，在有光刻胶作为掩膜的电极图形上蒸镀电极材料；再采用Lift Off技术溶解光刻胶，电极图形区域的电极材料保留，非电极区域的光刻胶和电极材料去除；再快速退火处理电极材料，完成所述第一电极、所述第二电极的制备，所述探测器制备完成。
6.根据权利要求5所述的基于BN的光电导型同质集成紫外/红外双色探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的外延技术为MOCVD、MBE、磁控溅射法中的任意一种。
7.根据权利要求5所述的基于BN的光电导型同质集成紫外/红外双色探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中电极材料的蒸镀厚度为10-300纳米。
8.根据权利要求5所述的基于BN的光电导型同质集成紫外/红外双色探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中采用Lift Off技术溶解光刻胶，溶解液选用丙酮溶液。
9.根据权利要求5所述的基于BN的光电导型同质集成紫外/红外双色探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中采用快速退火炉，在N2氛围下对电极材料进行退火处理，退火温度及时间由电极材料决定。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010191521.5A CN111370508B (zh) | 2020-03-18 | 2020-03-18 | 基于bn的光电导型同质集成紫外/红外双色探测器及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010191521.5A CN111370508B (zh) | 2020-03-18 | 2020-03-18 | 基于bn的光电导型同质集成紫外/红外双色探测器及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111370508A CN111370508A (zh) | 2020-07-03 |
| CN111370508B true CN111370508B (zh) | 2021-11-16 |
Family
ID=71207631
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010191521.5A Active CN111370508B (zh) | 2020-03-18 | 2020-03-18 | 基于bn的光电导型同质集成紫外/红外双色探测器及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111370508B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111952382A (zh) * | 2020-08-11 | 2020-11-17 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种光伏型紫外红外双色探测器及处理方法 |
| CN112670357A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-04-16 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种紫外/红外双色探测器及其制备方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109585592A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-04-05 | 西安电子科技大学 | p-BN/i-AlGaN/n-AlGaN的紫外探测器及制作方法 |
| CN110649108A (zh) * | 2019-09-27 | 2020-01-03 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种基于氮化硼的紫外/红外双色探测器 |
-
2020
- 2020-03-18 CN CN202010191521.5A patent/CN111370508B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109585592A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-04-05 | 西安电子科技大学 | p-BN/i-AlGaN/n-AlGaN的紫外探测器及制作方法 |
| CN110649108A (zh) * | 2019-09-27 | 2020-01-03 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种基于氮化硼的紫外/红外双色探测器 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Lower index hybrid infrared waveguide enhanced by hyperbolic phonon polariton in hexagonal boron nitride;Michael F. Finch et al;《Optical Engineering》;20181130;全文 * |
| ULTRAVIOLET AND INFRARED SPECTRA OF CUBIC BORON NITRIDE;R.M. Chrenko;《Solid State Communications》;19741231;全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111370508A (zh) | 2020-07-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104465853B (zh) | 一种雪崩光电二极管及其制作方法 | |
| US10629766B2 (en) | Method for manufacturing ultraviolet photodetector based on Ga2O3 material | |
| Biyikli et al. | Solar-blind AlGaN-based Schottky photodiodes with low noise and high detectivity | |
| CN106409968B (zh) | AlGaN基超晶格雪崩型紫外探测器及其制备方法 | |
| CN111370508B (zh) | 基于bn的光电导型同质集成紫外/红外双色探测器及其制备方法 | |
| CN102244135B (zh) | 一种pin倒置结构紫外雪崩光电探测器及其制备方法 | |
| CN107482070B (zh) | 一种凹槽型电极结构的InGaN基MSM可见光光电探测器 | |
| CN106711253B (zh) | 一种iii族氮化物半导体雪崩光电二极管探测器 | |
| CN104282793A (zh) | 一种三台面p-π-n结构III族氮化物半导体雪崩光电探测器及其制备方法 | |
| CN102386269B (zh) | GaN基p-i-p-i-n结构紫外探测器及其制备方法 | |
| CN111640817B (zh) | 一种悬空横向双异质结光探测器及其制作方法 | |
| CN101335308A (zh) | 一种具有内增益的紫外探测器及制备方法 | |
| CN109698250B (zh) | 栅极调控AlGaN基金属-半导体-金属紫外探测器及制备方法 | |
| CN109686809A (zh) | 一种iii族氮化物半导体可见光雪崩光电探测器及制备方法 | |
| Piotrowski et al. | Dark currents, responsivity, and response time in graded gap HgCdTe structures | |
| CN114267747B (zh) | 具有金属栅结构的Ga2O3/AlGaN/GaN日盲紫外探测器及其制备方法 | |
| CN110676272A (zh) | 一种半导体紫外光电探测器 | |
| CN112635615B (zh) | 具有多吸收量子阱的光伏型氮化物子带跃迁红外探测器 | |
| CN108899380A (zh) | 红外半导体雪崩探测器及其制备方法 | |
| CN111952382A (zh) | 一种光伏型紫外红外双色探测器及处理方法 | |
| CN112670357A (zh) | 一种紫外/红外双色探测器及其制备方法 | |
| CN109216493A (zh) | 一种基于GaN材料的p-i-n结构紫外探测器及其制备方法 | |
| CN107093643B (zh) | 一种氮化镓位置灵敏辐射探测器及其制备方法 | |
| CN110797430B (zh) | 单片双波段集成式传感器及其制备方法 | |
| CN111640768A (zh) | 一种垂直双异质结光探测器面阵及其制作方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |