CN114792742B - 一种基于改性SnTe薄膜的光电传感器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于改性SnTe薄膜的光电传感器及其制备方法，包括：将硅基底原料进行清洗，并去除硅基底原料表面氧化物，得到硅基底；在硅基底的周边上生长形成围设有窗口的绝缘层；在绝缘层围设的窗口处制备Si掺杂SnTe层；在硅基底背离绝缘层的硅基底第一端面处制备第一电极，并进行退火处理；在Si掺杂SnTe层上制备第二电极，获得基于改性SnTe薄膜的光电传感器。在无表面氧化物的硅基底上生长绝缘层，在绝缘层的窗口处生长制备Si掺杂SnTe层，不对硅基底进行蚀刻，不需要破坏硅基底表面的平整度，使Si掺杂SnTe层与基底的交界平整，降低传感器的暗电流密度。

Description

一种基于改性SnTe薄膜的光电传感器及其制备方法
技术领域
本发明涉及光电传感器技术领域，尤其涉及的是一种基于改性SnTe薄膜的光电传感器及其制备方法。
背景技术
随着微电子技术和光电技术的发展，在工业、军事和医疗等领域对不同波段的光探测也越来越看重，特别是对红外光探测的需求也愈发广泛。红外光是指波长在0.76μm至1000μm的不可见光，属于具有强热作用的电磁波。一切物体都在不停地发射并吸收红外光，不同种类的物体发射出的红外光是有其特定波段的，并且向外发射的红外辐射由物体的温度决定。红外探测技术在军事领域被应用在红外成像、遥感以及精确制导等方面，由于红外光的波长较长，对障碍物的衍射能力差，所以也适用于短距离的无线通讯。在工业和智能家居领域被应用在非接触测温和人体识别模块等，远距离和响应快等特点在某些特定场合能发挥重要作用，例如疫情期间广泛使用的立式测温仪和测温枪，以及智能家居使用的人体识别模块(PIR)，都需要基于高性能的红外探测器来实现功能。
当前红外探测器主流技术路线包括热效应探测和光电效应探测。热效应器件由于难以实现更小的像元尺寸，也就限制了一些应用领域，并且在原理上决定了比探测率较低，受环境影响更大，所以基于光电效应设计的器件具有更大的发展潜力。在基于光电效应设计的传感器中，目前商用的基于硅材料和锗材料设计的红外传感器的截止波长分别在1.1μm和1.6μm，响应度在500～850mA/W范围内，比探测率上限在1012Jones左右。在科研领域，目前所使用的铟镓砷(InGaAs)、碲镉汞(HgCdTe)仍存在毒性大、暗电流较大和比探测率较低等问题。而将光信号转化为电信号实现探测的系统，需要基于高性能的产生探测信号的硬件，特别是在弱红外光的探测中，探测器需要低噪声的器件，才能够实现对弱光信号下产生的弱电流的探测，避免噪声对有效信号的覆盖。当下的方案主要集中在后期对电路的设计，包括设计滤波电路和使用低噪声的电路，但忽略的器件本身的暗电流优化。
因此，现有技术存在缺陷与不足，有待进一步改进和发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于改性SnTe薄膜的光电传感器，旨在解决现有技术中红外传感器本身暗电流的问题。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：一种基于改性SnTe薄膜的光电传感器的制备方法，其包括：
将硅基底原料进行清洗，并去除硅基底原料表面氧化物，得到硅基底；
在所述硅基底的周边上生长形成围设有窗口的绝缘层；
在所述绝缘层围设的窗口处制备Si掺杂SnTe层；
在所述硅基底背离所述绝缘层的硅基底第一端面处制备第一电极，并进行退火处理；
在所述Si掺杂SnTe层上制备第二电极，获得所述基于改性SnTe薄膜的光电传感器。
进一步的，所述将硅基底原料进行清洗，并去除硅基底原料表面氧化物，得到硅基底具体包括：
将硅基底原料依次经过丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗10min，去除硅基底原料表面的污物，并用氮气枪将清洗好的硅基底原料吹干；
将吹干后的硅基底原料置于氢氟酸溶液中浸泡30秒，去除表面的氧化硅，并用去离子水超声清洗2min，再次用氮气枪将清洗好的硅基底原料吹干，获得硅基底。
进一步的，所述在所述硅基底的周边上生长形成围设有窗口的绝缘层，具体包括：
通过光刻技术硅基底上光刻绝缘层图案，得到带窗口的绝缘层图案阵列；
通过磁控溅射法在硅基底上沉积Ga2O3绝缘层；
依次使用丙酮、无水乙醇和去离子水去除光刻胶，并显露Ga2O3绝缘层。
进一步的，通过磁控溅射法在硅基底上沉积Ga2O3绝缘层具体包括：
采用Ga2O3为靶材，交流源为电源，氩气为工作气体，将生长腔抽真空至1.0×10- 4Pa；
启辉和预溅射，预溅射3min去除靶材表面可能存在的污染物后开始溅射Ga2O3绝缘层，工作气压为0.67Pa，氩气流量为12sccm，溅射功率为100W，溅射时间为5000s。
进一步的，所述在所述绝缘层围设的窗口处制备Si掺杂SnTe层，具体包括：
通过光刻技术在氧化物绝缘层窗口处光刻Si掺杂SnTe层图案，得到Si掺杂SnTe层的图案阵列；
利用磁控溅射法在Si掺杂SnTe层的图案阵列上沉积SnTe材料；
依次使用丙酮、无水乙醇和去离子水去除光刻胶，显露Si掺杂SnTe层。
进一步的，所述利用磁控溅射法在Si掺杂SnTe层的图案阵列上沉积SnTe材料，具体包括：
采用硅单质靶和SnTe靶为靶材，交流源为电源，氩气为工作气体，将生长腔抽真空至1.0×10-4Pa；
启辉和预溅射，预溅射3min清洁除靶材表面污物，开始溅射Si掺杂SnTe层，工作气压为0.40Pa，硅靶材的溅射功率为1-30W，SnTe靶材的溅射功率为10-150W，氩气流量为12sccm，溅射时间为60min，溅射沉积厚度为3-1000nm。
进一步的，所述在所述硅基底背离所述绝缘层的硅基底第一端面处制备第一电极，并进行退火处理，具体包括：
利用磁控溅射法在硅基底背离所述氧化层的硅基底第一端面处沉积第一电极，其中，采用铝单质靶为靶材，直流源为电源，氩气为工作气体，先将生长腔抽真空至1.0×10- 4Pa，然后启辉和预溅射，预溅射3min去除靶材表面污物，开始溅射铝金属薄膜，工作气压为0.67Pa，溅射功率为100W，氩气流量为20sccm，溅射时间为50min，溅射250nm厚度的金属铝薄膜；
利用高温退火炉对金属铝薄膜进行退火处理，将退火炉抽真空至1.0×10-4Pa，温度上升速率为10℃/min，保温温度为300℃，保温时间为30min，下降速率为5℃/min。
进一步的，在所述Si掺杂SnTe层上制备第二电极，获得所述基于改性SnTe薄膜的光电传感器，具体包括：
通过光刻技术在Si掺杂SnTe层上光刻第二电极图案，得到第二电极的图案阵列；
利用磁控溅射法沉积第二电极，采用金单质靶为靶材，直流源为电源，氩气为工作气体，先将生长腔抽真空至1.0×10-4Pa，然后启辉和预溅射，预溅射3min去除靶材表面污物，开始溅射金薄膜，工作气压为0.40Pa，金靶材的溅射功率为50W，氩气流量为12sccm，溅射时间为20min，厚度为120nm；
依次使用丙酮、无水乙醇和去离子水去除光刻胶，显露金电极。
本发明解决技术问题所采用的又一技术方案如下：一种基于改性SnTe薄膜的光电传感器，其包括：
基底，所述基底包括沿厚度方向相对设置的基底第一端面和基底第二端面；
第一电极，所述第一电极设置于所述基底第一端面上；
绝缘层，所述绝缘层设置于所述基底第二端面的周边处；
Si掺杂SnTe层，所述Si掺杂SnTe层设置于所述基底第二端面上，以及设置于所述绝缘层背离所述基底的端面上；
第二电极，所述第二电极设置于所述Si掺杂SnTe层背离所述基底的端面的周边处。
进一步的，所述第一电极完全覆盖所述基底第二端面，所述第一电极设置为铝电极，所述第一电极的厚度为250nm；
所述基底的厚度为1～1000μm，所述基底设置为硅基底，所述基底的电阻率为0.1～1000Ω·cm；
所述绝缘层设置为框形结构，所述绝缘层的厚度为300nm，所述绝缘层设置为Ga2O3层；
所述Si掺杂SnTe层的厚度为300nm；其中，所述Si掺杂SnTe层中Si掺杂量以原子数量计为0.5％-15％；所述Si掺杂SnTe层包括一体成型的：基底连接部，所述基底连接部设置于所述基底第二端面上，且所述基底连接部设置于所述绝缘层中；绝缘层连接部，所述绝缘层连接部设置于所述绝缘层背离所述基底的端面上；
所述第二电极的设置为框形结构，所述第二电极的厚度为120nm，所述第二电极设置为金电极。
有益效果：
本发明所提供的基于改性SnTe薄膜的光电传感器及其制备方法，所述基于改性SnTe薄膜的光电传感器的制备方法，包括：将硅基底原料进行清洗，并去除硅基底原料表面氧化物，得到硅基底；在所述硅基底的周边上生长形成围设有窗口的绝缘层；在所述绝缘层围设的窗口处制备Si掺杂SnTe层；在所述硅基底背离所述绝缘层的硅基底第一端面处制备第一电极，并进行退火处理；在所述Si掺杂SnTe层上制备第二电极，获得所述基于改性SnTe薄膜的光电传感器。可以理解，通过直接清洁硅基底原料上的表面氧化物，然后直接在所述硅基底上生长绝缘层，然后再在所述绝缘层的窗口处生长制备Si掺杂SnTe层，进而使得硅基底上既不保留自然氧化层(氧化硅)，又不需要出厂时额外增加自然氧化层的厚度，更不需要再在增厚的氧化层上进行蚀刻获得功能层，直接在无氧化层硅基底上制备绝缘层和Si掺杂SnTe层，进而不需要对所述硅基底进行蚀刻，不需要破坏基底表面的平整度，进而也使得所述Si掺杂SnTe层与所述基底的交界平整，有效的降低传感器自身结构带来的暗电流密度；同时，通过在SnTe中掺杂硅原子，使形成的异质结的暗电流密度降低至4.84×10-7mA/cm2，减小了在弱光情况下产生的光电流受噪声的影响，同时提高了器件的外量子效率，显著提升了器件的响应度和比探测率，可以实现从紫外光、可见光到红外光的宽光谱探测，并实现对弱红外光的探测；并且将响应时间从通常的几毫秒缩短到几微秒，实现快速响应特点。
附图说明
图1是本发明中提供的基于改性SnTe薄膜的光电传感器的制备方法的流程示意图；
图2是本发明中提供的基于改性SnTe薄膜的光电传感器的剖视示意图；
图3是本发明中提供的基于改性SnTe薄膜的光电传感器的应用状态示意图；
图4是本发明中提供的基于改性SnTe薄膜的光电传感器的俯视示意图；
图5是本发明中提供的基于改性SnTe薄膜的光电传感器的响应时间曲线示意图；
图6是本发明中提供的基于改性SnTe薄膜的光电传感器的不同光功率下响应度和比探测率变化曲线示意图；
附图标记说明：
10、基于改性SnTe薄膜的光电传感器；11、基底；12、第一电极；13、绝缘层；14、Si掺杂SnTe层；15、第二电极；111、基底第一端面；112、基底第二端面；141、基底连接部；142、绝缘层连接部。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举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。
随着微电子技术和光电技术的发展，在工业、军事和医疗等领域对不同波段的光探测也越来越看重，特别是对红外光探测的需求也愈发广泛。红外光是指波长在0.76μm至1000μm的不可见光，属于具有强热作用的电磁波。一切物体都在不停地发射并吸收红外光，不同种类的物体发射出的红外光是有其特定波段的，并且向外发射的红外辐射由物体的温度决定。红外探测技术在军事领域被应用在红外成像、遥感以及精确制导等方面，由于红外光的波长较长，对障碍物的衍射能力差，所以也适用于短距离的无线通讯。在工业和智能家居领域被应用在非接触测温和人体识别模块等，远距离和响应快等特点在某些特定场合能发挥重要作用，例如疫情期间广泛使用的立式测温仪和测温枪，以及智能家居使用的人体识别模块(PIR)，都需要基于高性能的红外探测器来实现功能。当前红外探测器主流技术路线包括热效应探测和光电效应探测。热效应器件由于难以实现更小的像元尺寸，也就限制了一些应用领域，并且在原理上决定了比探测率较低，受环境影响更大，所以基于光电效应设计的器件具有更大的发展潜力。在基于光电效应设计的传感器中，目前商用的基于硅材料和锗材料设计的红外传感器的截止波长分别在1.1μm和1.6μm，响应度在500～850mA/W范围内，比探测率上限在1012Jones左右。在科研领域，目前所使用的铟镓砷(InGaAs)、碲镉汞(HgCdTe)仍存在毒性大、暗电流较大和比探测率较低等问题。而将光信号转化为电信号实现探测的系统，需要基于高性能的产生探测信号的硬件，特别是在弱红外光的探测中，探测器需要低噪声的器件，才能够实现对弱光信号下产生的弱电流的探测，避免噪声对有效信号的覆盖。当下的方案主要集中在后期对电路的设计，包括设计滤波电路和使用低噪声的电路，但忽略的器件本身的暗电流优化。
本发明基于上述现有技术中红外传感器本身暗电流的问题，提供了一种基于改性SnTe薄膜的光电传感器及其制备方法，通过直接清洁硅基底原料上的表面氧化物，使的硅基底上并不需要制备和保留基底氧化层，然后直接在所述硅基底上生长绝缘层，然后再在所述绝缘层的窗口处生长制备Si掺杂SnTe层，使得硅基底上既不保留自然氧化层(氧化硅)，又不需要出厂时额外增加自然氧化层的厚度，更不需要再在增厚的氧化层上进行蚀刻获得功能层，直接在无氧化层硅基底上制备绝缘层和Si掺杂SnTe层，进而不需要对所述硅基底进行蚀刻，不需要破坏基底表面的平整度，进而也使得所述Si掺杂SnTe层与所述基底的交界平整，有效的降低传感器自身结构带来的暗电流密度；同时，通过在SnTe中掺杂硅原子，使形成的异质结的暗电流密度降低至4.84×10-7mA/cm2，减小了在弱光情况下产生的光电流受噪声的影响，同时提高了器件的外量子效率，显著提升了器件的响应度和比探测率，可以实现从紫外光、可见光到红外光的宽光谱探测，并实现对弱红外光的探测；并且将响应时间从通常的几毫秒缩短到几微秒，实现快速响应特点，具体详参下述实施例。
请结合参阅图1，本发明的第一实施例中提供了一种基于改性SnTe薄膜的光电传感器的制备方法，其包括：
步骤S11、将硅基底原料进行清洗，并去除硅基底原料表面氧化物，得到硅基底；
步骤S12、在所述硅基底的周边上生长形成围设有窗口的绝缘层；
步骤S13、在所述绝缘层围设的窗口处制备Si掺杂SnTe层；
步骤S14、在所述硅基底背离所述绝缘层的硅基底第一端面处制备第一电极，并进行退火处理；
步骤S15、在所述Si掺杂SnTe层上制备第二电极，获得所述基于改性SnTe薄膜的光电传感器。
可以理解，通过直接清洁硅基底原料上的表面氧化物，然后直接在所述硅基底上生长绝缘层，然后再在所述绝缘层的窗口处生长制备Si掺杂SnTe层，进而使得硅基底上既不保留自然氧化层(氧化硅)，又不需要出厂时额外增加自然氧化层的厚度，更不需要再在增厚的氧化层上进行蚀刻获得功能层，直接在无氧化层硅基底上制备绝缘层和Si掺杂SnTe层，进而不需要对所述硅基底进行蚀刻，不需要破坏硅基底表面的平整度，进而也使得所述Si掺杂SnTe层与所述基底的交界平整，有效的降低传感器自身结构带来的暗电流密度；同时，通过在SnTe中掺杂硅原子，通过掺杂硅原子和改变应力等实现带隙可调，使得Si掺杂SnTe层具有无带隙的拓扑表面态、窄带隙的特征以及良好的导电能力，并且可以在空气中长时间稳定保存，使形成的异质结的暗电流密度降低至4.84×10-7mA/cm2，减小了在弱光情况下产生的光电流受噪声的影响，同时提高了器件的外量子效率，显著提升了器件的响应度和比探测率，可以实现从紫外光、可见光到红外光的宽光谱探测，并实现对弱红外光的探测；并且将响应时间从通常的几毫秒缩短到几微秒，实现快速响应特点。
需要说明的是，本实施中提供的基于改性SnTe薄膜的光电传感器的制备方法，也可以省略步骤S12，既本申请中基于改性SnTe薄膜的光电传感器的制备方法制备获得的基于改性SnTe薄膜的光电传感器，可以不包含绝缘层，通过省略所述绝缘层，既可以简化所述基于改性SnTe薄膜的光电传感器的制备方法，使得所述硅基底表面进行覆盖制备Si掺杂SnTe层，保障所述硅基底表面的平整度。
在一些具体实施方式中，所述步骤S11具体包括：
将硅基底原料依次经过丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗10min，去除硅基底原料表面的污物，并用氮气枪将清洗好的硅基底原料吹干；
将吹干后的硅基底原料置于氢氟酸溶液中浸泡30秒，去除表面的氧化硅，并用去离子水超声清洗2min，再次用氮气枪将清洗好的硅基底原料吹干，获得硅基底。
可以理解，本发明中所述使用的硅基底，既不保留自然氧化层(氧化硅)，又不需要出厂时额外增加自然氧化层的厚度，更不需要再在增厚的氧化层上进行蚀刻获得功能层，直接在无氧化层硅基底上制备绝缘层和Si掺杂SnTe层，更不需要对额外制备的氧化层进行化学蚀刻，直接在硅基底表面上生成绝缘层和Si掺杂SnTe层，进而保障了所述不需要破坏基底表面的平整度，进而也使得所述Si掺杂SnTe层与所述基底的交界平整，有效的降低所述基于改性SnTe薄膜的光电传感器的电流密度，实现探测器结构低噪声的设计，实现对弱光信号下产生的弱电流的探测，避免噪声对有效信号的覆盖。
在一些具体实施方式中，所述步骤S12具体包括：
通过光刻技术硅基底上光刻绝缘层图案，得到带窗口的绝缘层图案阵列；
通过磁控溅射法在硅基底上沉积Ga2O3绝缘层；
依次使用丙酮、无水乙醇和去离子水去除光刻胶，并显露Ga2O3绝缘层。
可以理解，本发明中制备绝缘层时，无需对硅基底进行蚀刻，近似于在抛光硅片上制备氧化层，结界面平整，降低了暗电流密度，提高了传感器性能；同时通过光刻工艺加工，可以高精度制备绝缘层的图案阵列，并且不会破坏硅基底的平整度，并且制备成本低，制造效率高。
进一步的，所述通过磁控溅射法在硅基底上沉积Ga2O3绝缘层，具体包括：
采用Ga2O3为靶材，交流源为电源，氩气为工作气体，将生长腔抽真空至1.0×10- 4Pa；
启辉和预溅射，预溅射3min去除靶材表面可能存在的污染物后开始溅射Ga2O3绝缘层，工作气压为0.67Pa，氩气流量为12sccm，溅射功率为100W，溅射时间为5000s。
可以理解，本发明中通过磁控检测在所述硅基底上直接沉积所述Ga2O3绝缘层，进一步的保障所述硅基底的表面平针高度，同时也保障了所述Ga2O3绝缘层的质量。进一步的，所述绝缘层包括但不限定于二氧化硅层、氧化铝层、氧化硅层、氧化铝层或氮化硅层。
在另一些具体的实施方式中，所述步骤S13具体包括：
通过光刻技术在氧化物绝缘层窗口处光刻Si掺杂SnTe层图案，得到Si掺杂SnTe层的图案阵列；
利用磁控溅射法在Si掺杂SnTe层的图案阵列上沉积SnTe材料；
依次使用丙酮、无水乙醇和去离子水去除光刻胶，显露Si掺杂SnTe层。
可以理解，本发明中制备Si掺杂SnTe层时，无需对硅基底进行蚀刻，在所述Ga2O3绝缘层围设的窗口处，同时沉积硅单质和SnTe，利用硅单质对所述SnTe薄膜进行改性，所述Si掺杂SnTe层14中Si掺杂量以原子数量计为0.5％-15％，具体的，所述Si掺杂SnTe层14中Si掺杂量以原子数量计为4.4％，通过掺杂硅原子和改变应力等实现带隙可调，使得Si掺杂SnTe层具有无带隙的拓扑表面态、窄带隙的特征以及良好的导电能力，并且可以在空气中长时间稳定保存，可应用于制备紫外光、可见光到中红外波段的宽光谱光电探测器；在近似于在抛光硅片上制备氧化层，结界面平整，降低了暗电流密度，提高了传感器性能；同时通过光刻工艺加工，可以高精度制备绝缘层的图案阵列，并且不会破坏硅基底的平整度，并且制备成本低，制造效率高，最终使形成的异质结的暗电流密度降低至4.84×10-7mA/cm2，减小了在弱光情况下产生的光电流受噪声的影响，同时提高了器件的外量子效率，显著提升了器件的响应度和比探测率，可以实现从紫外光、可见光到红外光的宽光谱探测，并实现对弱红外光的探测；并且将响应时间从通常的几毫秒缩短到几微秒，实现快速响应特点。
进一步的，所述利用磁控溅射法在Si掺杂SnTe层的图案阵列上沉积SnTe材料，具体包括：
采用硅单质靶和SnTe靶为靶材，交流源为电源，氩气为工作气体，将生长腔抽真空至1.0×10-4Pa；
启辉和预溅射，预溅射3min清洁除靶材表面污物，开始溅射Si掺杂SnTe层，工作气压为0.40Pa，硅靶材的溅射功率为1-30W，SnTe靶材的溅射功率为10-150W，氩气流量为12sccm，溅射时间为60min，溅射沉积厚度为3-1000nm。
可以理解，本发明中通过磁控检测在所述硅基底上直接沉积所述同时沉积硅单质和SnTe，获得Si掺杂SnTe层，利用硅单质对所述SnTe薄膜进行改性，通过掺杂硅原子和改变应力等实现带隙可调，使得Si掺杂SnTe层具有无带隙的拓扑表面态、窄带隙的特征以及良好的导电能力，并且可以在空气中长时间稳定保存，可应用于制备紫外光、可见光到中红外波段的宽光谱光电探测器。进一步的，硅靶材的溅射功率为5W，SnTe靶材的溅射功率为50W，溅射沉积厚度为300nm。
在另一些实施方式中，所述步骤S14具体包括：利用磁控溅射法在硅基底背离所述氧化层的硅基底第一端面处沉积第一电极，其中，采用铝单质靶为靶材，直流源为电源，氩气为工作气体，先将生长腔抽真空至1.0×10-4Pa，然后启辉和预溅射，预溅射3min去除靶材表面污物，开始溅射铝金属薄膜，工作气压为0.67Pa，溅射功率为100W，氩气流量为20sccm，溅射时间为50min，溅射250nm厚度的金属铝薄膜；
利用高温退火炉对金属铝薄膜进行退火处理，将退火炉抽真空至1.0×10-4Pa，温度上升速率为10℃/min，保温温度为300℃，保温时间为30min，下降速率为5℃/min。
所述步骤S15具体包括：通过光刻技术在Si掺杂SnTe层上光刻第二电极图案，得到第二电极的图案阵列；
利用磁控溅射法沉积第二电极，采用金单质靶为靶材，直流源为电源，氩气为工作气体，先将生长腔抽真空至1.0×10-4Pa，然后启辉和预溅射，预溅射3min去除靶材表面污物，开始溅射金薄膜，工作气压为0.40Pa，金靶材的溅射功率为50W，氩气流量为12sccm，溅射时间为20min，厚度为120nm；
依次使用丙酮、无水乙醇和去离子水去除光刻胶，显露金电极。
可以理解，本发明中的基于改性SnTe薄膜的光电传感器的制备方法在制备第一电极和第二电极时，是通过磁控溅射和光刻工艺，可以快捷低成本批量生产，保障所述基于改性SnTe薄膜的光电传感器的质量。
请结合参阅图2至图6，本发明的第二实施例中提供了一种基于改性SnTe薄膜的光电传感器10，其包括：基底11、第一电极12、绝缘层13、Si掺杂SnTe层14和第二电极15；所述基底11包括沿厚度方向相对设置的基底第一端面111和基底第二端面112；所述第一电极12设置于所述基底第一端面111上；所述绝缘层13设置于所述基底第二端面112的周边处；所述Si掺杂SnTe层14设置于所述基底第二端面112上，以及设置于所述绝缘层13背离所述基底11的端面上；所述第二电极15设置于所述Si掺杂SnTe层14背离所述基底11的端面的周边处。
可以理解，所述基于改性SnTe薄膜的光电传感器10是由第一电极12、基底11、绝缘层13、Si掺杂SnTe层14和第二电极15构成的传感器异质结，通过所述基于改性SnTe薄膜的光电传感器10的工作电流变化，探测获知红外光的强弱。在N型基底11与P型的Si掺杂SnTe层14形成的异质结中，耗尽层内形成强大的内建电场，当器件收到红外光照时在耗尽层产生电子-空穴对，电子和空穴在内建电场作用下向不同方向移动，并被第一和第二电极15接收形成电流实现探测。通过直接在所述基底11上设置Si掺杂SnTe层14，进而可以避免在所述基底11上进行蚀刻，不需要破坏基底11表面的平整度，进而也使得所述Si掺杂SnTe层14与所述基底11的交界平整度，有效的降低传感器自身结构带来的暗电流密度；同时，通过在SnTe中掺杂硅原子，使形成的异质结的暗电流密度降低至4.84×10-7mA/cm2，减小了在弱光情况下产生的光电流受噪声的影响，同时提高了器件的外量子效率，显著提升了器件的响应度和比探测率，可以实现从紫外光、可见光到红外光的宽光谱探测，并实现对弱红外光的探测；并且将响应时间从通常的几毫秒缩短到几微秒，实现快速响应特点。
在一些实施方式中，所述第一电极12完全覆盖所述基底第二端面112，所述第一电极12设置为铝电极，所述第一电极12的厚度为5～1000nm。
可以理解，所述基底第二端面112全部覆盖所述第一电极12，即所述第一电机的形状和尺寸与所述基底第二端面112完全相同；通过将所述第一电极12设置为铝电极，并控制第一电极12的厚度，进而可以稳定精准的或者基底第二端面112处的电流数据，也可以降低所述基于改性SnTe薄膜的光电传感器10的成本，降低所述基于改性SnTe薄膜的光电传感器10的制造成本；具体的，所述第一电极12的厚度为250nm。
在一些实施方式中，所述第一电极12还设置为铜电极或铬电极。
可以理解，通过控制所述第一电极12的多种电极选择方式，可以提升所述基于改性SnTe薄膜的光电传感器10对不同工作环境的适应能力，提升所述基于改性SnTe薄膜的光电传感器10的适用范围。
在一些实施方式中，所述基底11的厚度为1～1000μm，所述基底11设置为硅基底、黑磷基底、二硫化钼基底或锗基底；所述基底11的电阻率为0.1～1000Ω·cm。
可以理解的是，所述基底11设置为N型基底11，其与P型的Si掺杂SnTe层14；通过控制所述基底11的厚度和电阻率，进而能够保障所述基于改性SnTe薄膜的光电传感器10对弱电流的敏感度，使得所述基于改性SnTe薄膜的光电传感器10具备低暗电流密度、高比探测率和快速响应等特点。具体的，所述基底11的厚度为500μm，所述基底11的电阻率为1～10Ω·cm。
请进一步结合参阅图4，在一些实施方式中，所述绝缘层13设置为框形结构，所述绝缘层13的厚度为300nm，所述绝缘层13设置为Ga2O3层。即所述绝缘层13分布于所述基底第二端面112的棱边处，并不全部分布于所述基底第二端面112上，也就是说，在所述Si掺杂SnTe层14与所述基底11结合部位的外周处。进一步的，所述绝缘层13还设置为SiO2层；进而提升所述基于改性SnTe薄膜的光电传感器10对不同工作环境的适应能力，提升所述基于改性SnTe薄膜的光电传感器10的适用范围。
在另一些实施方式中，所述Si掺杂SnTe层14的厚度为300nm；其中，所述Si掺杂SnTe层14中Si掺杂量以原子数量计为0.5％-15％。
可知，所述Si掺杂SnTe层14中主要成分是SnTe层，其中以原子数量比计包括0.5％-15％的Si；具体的，所述Si掺杂SnTe层14中Si掺杂量以原子数量计为4.4％，以及95.6％的SnTe，通过在所述SnTe中掺杂Si，进而能够有效的对SnTe薄膜进行改性，有效的降低所述SnTe薄膜的暗电流密度。
在另一些实施方式中，所述Si掺杂SnTe层14包括一体成型的：基底连接部141和绝缘层连接部142；所述基底连接部141设置于所述基底第二端面112上，且所述基底连接部141设置于所述绝缘层13中；所述绝缘层连接部142设置于所述绝缘层13背离所述基底11的端面上。
可以理解，所述Si掺杂SnTe层14与所述基底11的结合处设置有所述绝缘层13，所述Si掺杂SnTe层14既与所述基底11连接，又与氧化绝缘层连接。
请进一步结合参阅图4，在另一些实施方式中，所述第二电极15的设置为框形结构，所述第二电极15的厚度为120nm，所述第二电极15设置为金电极、铝电极、铜电极或铬电极。进一步的，所述第二电极15还设置为铝电极、铜电极或铬电极。
在另一些具体实施方式中，一种基于改性SnTe薄膜的光电传感器10，其包括：基底11、第一电极12、绝缘层13、Si掺杂SnTe层14和第二电极15；所述基底11设置为Si基底11，包括沿厚度方向相对设置的基底第一端面111和基底第二端面112；所述第一电极12为铝电极，所述铝电极设置于所述基底第一端面111上；所述绝缘层13为Ga2O3层，所述Ga2O3层设置于所述基底第二端面112的周边处；所述Si掺杂SnTe层14设置于所述基底第二端面112上，以及设置于所述绝缘层13背离所述基底11的端面上；所述第二电极15为金电极，所述金电极设置于所述Si掺杂SnTe层14背离所述基底11的端面的周边处。
可以理解，所述基于改性SnTe薄膜的光电传感器10是由铝电极、硅基底11、Ga2O3层、Si掺杂SnTe层14和金电极构成的传感器异质结，通过所述基于改性SnTe薄膜的光电传感器10的工作电流变化，探测获知红外光的强弱。在N型硅基底11与P型的Si掺杂SnTe层14形成的异质结中，耗尽层内形成强大的内建电场，当器件收到红外光照时在耗尽层产生电子-空穴对，电子和空穴在内建电场作用下向不同方向移动，并被第一和第二电极15接收形成电流实现探测。通过直接在所述硅基底11上设置Si掺杂SnTe层14，进而可以避免在所述硅基底11上进行蚀刻，不需要破坏硅基底11表面的平整度，进而也使得所述Si掺杂SnTe层14与所述硅基底11的交界平整度，有效的降低传感器自身结构带来的暗电流密度；同时，通过在SnTe中掺杂硅原子，使形成的异质结的暗电流密度降低至4.84×10-7mA/cm2，实现对低光功率密度下的850nm和980nm红外光的探测，其比探测率分能达到1.59×1014Jones和1.24×1014Jones；减小了在弱光情况下产生的光电流受噪声的影响，同时提高了器件的外量子效率，显著提升了器件的响应度和比探测率，可以实现从紫外光、可见光到红外光的宽光谱探测，并实现对弱红外光的探测；并且将响应时间从通常的几毫秒缩短到几微秒，实现快速响应特点。
综上所述，本发明中提供了一种基于改性SnTe薄膜的光电传感器及其制备方法，所述基于改性SnTe薄膜的光电传感器的制备方法，包括：将硅基底原料进行清洗，并去除硅基底原料表面氧化物，得到硅基底；在所述硅基底的周边上生长形成围设有窗口的绝缘层；在所述绝缘层围设的窗口处制备Si掺杂SnTe层；在所述硅基底背离所述绝缘层的硅基底第一端面处制备第一电极，并进行退火处理；在所述Si掺杂SnTe层上制备第二电极，获得所述基于改性SnTe薄膜的光电传感器。可以理解，通过直接清洁硅基底原料上的表面氧化物，然后直接在所述硅基底上生长绝缘层，然后再在所述绝缘层的窗口处生长制备Si掺杂SnTe层，进而不需要对所述硅基底进行蚀刻，不需要破坏基底表面的平整度，进而也使得所述Si掺杂SnTe层与所述基底的交界平整，有效的降低传感器自身结构带来的暗电流密度；同时，通过在SnTe中掺杂硅原子，使形成的异质结的暗电流密度降低至4.84×10-7mA/cm2，减小了在弱光情况下产生的光电流受噪声的影响，同时提高了器件的外量子效率，显著提升了器件的响应度和比探测率，可以实现从紫外光、可见光到红外光的宽光谱探测，并实现对弱红外光的探测；并且将响应时间从通常的几毫秒缩短到几微秒，实现快速响应特点。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于改性SnTe薄膜的光电传感器的制备方法，其特征在于，包括：
将硅基底原料进行清洗，并去除硅基底原料表面氧化物，得到硅基底；
在所述硅基底的周边上生长形成围设有窗口的绝缘层；
在所述绝缘层围设的窗口处制备Si掺杂SnTe层；
在所述硅基底背离所述绝缘层的硅基底第一端面处制备第一电极，并进行退火处理；
在所述Si掺杂SnTe层上制备第二电极，获得所述基于改性SnTe薄膜的光电传感器；
所述将硅基底原料进行清洗，并去除硅基底原料表面氧化物，得到硅基底具体包括：
将硅基底原料依次经过丙酮、无水乙醇和去离子水超声清洗10min，去除硅基底原料表面的污物，并用氮气枪将清洗好的硅基底原料吹干；
将吹干后的硅基底原料置于氢氟酸溶液中浸泡30秒，去除表面的氧化硅，并用去离子水超声清洗2min，再次用氮气枪将清洗好的硅基底原料吹干，获得硅基底；所述在所述硅基底的周边上生长形成围设有窗口的绝缘层，具体包括：
通过光刻技术硅基底上光刻绝缘层图案，得到带窗口的绝缘层图案阵列；
通过磁控溅射法在硅基底上沉积Ga2O3绝缘层；
依次使用丙酮、无水乙醇和去离子水去除光刻胶，并显露Ga2O3绝缘层；通过磁控溅射法在硅基底上沉积Ga2O3绝缘层具体包括：
采用Ga2O3为靶材，交流源为电源，氩气为工作气体，将生长腔抽真空至1.0×10-4 Pa；
启辉和预溅射，预溅射3 min去除靶材表面可能存在的污染物后开始溅射Ga2O3绝缘层，工作气压为0.67Pa，氩气流量为12sccm，溅射功率为100 W，溅射时间为5000 s。
2.根据权利要求1所述的基于改性SnTe薄膜的光电传感器的制备方法，其特征在于，在所述绝缘层围设的窗口处制备Si掺杂SnTe层，具体包括：
通过光刻技术在氧化物绝缘层窗口处光刻Si掺杂SnTe层图案，得到Si掺杂SnTe层的图案阵列；
利用磁控溅射法在Si掺杂SnTe层的图案阵列上沉积SnTe材料；
依次使用丙酮、无水乙醇和去离子水去除光刻胶，显露Si掺杂SnTe层。
3.根据权利要求2所述的基于改性SnTe薄膜的光电传感器的制备方法，其特征在于，所述利用磁控溅射法在Si掺杂SnTe层的图案阵列上沉积SnTe材料，具体包括：
采用硅单质靶和SnTe靶为靶材，交流源为电源，氩气为工作气体，将生长腔抽真空至1.0×10-4 Pa；
启辉和预溅射，预溅射3 min清洁除靶材表面污物，开始溅射Si掺杂SnTe层，工作气压为0.40Pa，硅靶材的溅射功率为1-30W，SnTe靶材的溅射功率为10-150W，氩气流量为12sccm，溅射时间为60min，溅射沉积厚度为3-1000nm。
4.根据权利要求1所述的基于改性SnTe薄膜的光电传感器的制备方法，其特征在于，所述在所述硅基底背离所述绝缘层的硅基底第一端面处制备第一电极，并进行退火处理，具体包括：
利用磁控溅射法在硅基底背离所述绝缘层的硅基底第一端面处沉积第一电极，其中，采用铝单质靶为靶材，直流源为电源，氩气为工作气体，先将生长腔抽真空至1.0×10-4Pa，然后启辉和预溅射，预溅射3min去除靶材表面污物，开始溅射铝金属薄膜，工作气压为0.67Pa，溅射功率为100W，氩气流量为20sccm，溅射时间为50min，溅射250nm厚度的金属铝薄膜；
利用高温退火炉对金属铝薄膜进行退火处理，将退火炉抽真空至1.0×10-4Pa，温度上升速率为10℃/min，保温温度为300℃，保温时间为30min，下降速率为5℃/min。
5.根据权利要求1所述的基于改性SnTe薄膜的光电传感器的制备方法，其特征在于，在所述Si掺杂SnTe层上制备第二电极，获得所述基于改性SnTe薄膜的光电传感器，具体包括：
通过光刻技术在Si掺杂SnTe层上光刻第二电极图案，得到第二电极的图案阵列；
利用磁控溅射法沉积第二电极，采用金单质靶为靶材，直流源为电源，氩气为工作气体，先将生长腔抽真空至1.0×10-4Pa，然后启辉和预溅射，预溅射3min去除靶材表面污物，开始溅射金薄膜，工作气压为0.40Pa，金靶材的溅射功率为50W，氩气流量为12sccm，溅射时间为20min，厚度为120nm；
依次使用丙酮、无水乙醇和去离子水去除光刻胶，显露金电极。
6.一种基于改性SnTe薄膜的光电传感器，其特征在于，包括：
基底，所述基底包括沿厚度方向相对设置的基底第一端面和基底第二端面；
第一电极，所述第一电极设置于所述基底第一端面上；
绝缘层，所述绝缘层设置于所述基底第二端面的周边处；
Si掺杂SnTe层，所述Si掺杂SnTe层设置于所述基底第二端面上，以及设置于所述绝缘层背离所述基底的端面上；
第二电极，所述第二电极设置于所述Si掺杂SnTe层背离所述基底的端面的周边处；
所述第一电极完全覆盖所述基底第二端面，所述第一电极设置为铝电极，所述第一电极的厚度为250nm；
所述基底的厚度为1~1000μm，所述基底设置为硅基底，所述基底的电阻率为0.1~1000Ω•cm；
所述绝缘层设置为框形结构，所述绝缘层的厚度为300nm，所述绝缘层设置为Ga2O3层；
所述Si掺杂SnTe层的厚度为300nm；其中，所述Si掺杂SnTe层中Si掺杂量以原子数量计为0.5%-15%；所述Si掺杂SnTe层包括一体成型的：基底连接部，所述基底连接部设置于所述基底第二端面上，且所述基底连接部设置于所述绝缘层中；绝缘层连接部，所述绝缘层连接部设置于所述绝缘层背离所述基底的端面上；
所述第二电极的设置为框形结构，所述第二电极的厚度为120nm，所述第二电极设置为金电极。
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