本發(fā)明涉及一種銪摻雜氧化鋅納米線與N型石墨烯的異質(zhì)結(jié)型光電探測(cè)器及其制備方法。

背景技術(shù)：

光電探測(cè)器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(cè)器在軍事和國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域有廣泛用途。在可見光或近紅外波段主要用于射線測(cè)量和探測(cè)、工業(yè)自動(dòng)控制、光度計(jì)量等；在紅外波段主要用于導(dǎo)彈制導(dǎo)、紅外熱成像、紅外遙感等方面。

光電探測(cè)器能把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。根據(jù)器件對(duì)輻射響應(yīng)的方式不同或者說器件工作的機(jī)理不同，光電探測(cè)器可分為兩大類：一類是光子探測(cè)器；另一類是熱探測(cè)器。根據(jù)器件結(jié)構(gòu)可以分為光電導(dǎo)型和結(jié)型(異質(zhì)結(jié))光電探測(cè)器。光電導(dǎo)性是由于光子在半導(dǎo)體中被吸收時(shí)，產(chǎn)生可移動(dòng)的載流子所造成的。目前納米半導(dǎo)體光電探測(cè)器大多都是基于光電導(dǎo)型結(jié)構(gòu)，由于電極間的載流子傳輸時(shí)間的限制，其速度、響應(yīng)時(shí)間等性能都較差。光電探測(cè)器的響應(yīng)速度決定了其跟隨光學(xué)信號(hào)快速轉(zhuǎn)換的能力，在光波通訊及光通訊中有著極其重要的作用。較慢的響應(yīng)速度將嚴(yán)重限制了光電探測(cè)器在光電器件集成電路中的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種異質(zhì)結(jié)型光電探測(cè)器及其制備方法，所要解決的技術(shù)問題是提高光電探測(cè)器的響應(yīng)速度和性能的穩(wěn)定性，并盡量簡化制備方法使其適于工業(yè)化生產(chǎn)。

本發(fā)明異質(zhì)結(jié)型光電探測(cè)器的異質(zhì)結(jié)是由P銪摻雜氧化鋅納米線與N型石墨烯構(gòu)成的。

本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：本發(fā)明異質(zhì)結(jié)型光電探測(cè)器具有如下結(jié)構(gòu)：在硅基底1的表面覆有二氧化硅層2，在二氧化硅層2的表面分散有平鋪的銪摻雜氧化鋅納米線4，在所述銪摻雜氧化鋅納米線4的兩端分別設(shè)置有歐姆電極3作為輸出一極，所述歐姆電極3與所述銪摻雜氧化鋅納米線4呈歐姆接觸；在所述銪摻雜氧化鋅納米線4上交疊覆有石墨烯5，所述石墨烯5位于兩個(gè)歐姆電極3之間且與歐姆電極3隔離；在所述石墨烯5上設(shè)置有歐姆電極6作為另一輸出極，所述歐姆電極6與所述石墨烯5呈歐姆接觸且與銪摻雜氧化鋅納米線4和歐姆電極3隔離；所述銪摻雜氧化鋅納米線4為P型銪摻雜氧化鋅納米線；所述石墨烯5為N型石墨烯；所述歐姆電極3和歐姆電極6為金電極。

本發(fā)明異質(zhì)結(jié)型光電探測(cè)器的制備方法如下：將銪摻雜氧化鋅納米線4分散到硅基底1表面的二氧化硅層2上，隨后采用紫外光刻技術(shù)在二 氧化硅層2上光刻出一對(duì)電極圖案，然后利用電子束鍍膜技術(shù)蒸鍍得到一對(duì)歐姆電極3，所述歐姆電極3與所述銪摻雜氧化鋅納米線4呈歐姆接觸；將石墨烯5覆于二氧化硅層2的表面，利用紫外光刻技術(shù)在二氧化硅層2上光刻出與銪摻雜氧化鋅納米線4交疊且位于兩個(gè)歐姆電極3之間并與歐姆電極3隔離的電極圖案，然后利用氧等離子轟擊除去電極圖案以外的石墨烯得到石墨烯5，再利用紫外光刻技術(shù)和電子束鍍膜技術(shù)制備得到歐姆電極6，所述歐姆電極6與石墨烯5形成歐姆接觸且與銪摻雜氧化鋅納米線4和歐姆電極3隔離。

本發(fā)明異質(zhì)結(jié)型光電探測(cè)器具有如下結(jié)構(gòu)：在硅基底7的表面覆有二氧化硅層8，在二氧化硅層8的表面平鋪有石墨烯9，在石墨烯9上設(shè)置有絕緣層10，在所述絕緣層10的表面分散有銪摻雜氧化鋅納米線11且所述銪摻雜氧化鋅納米線11的一部分與石墨烯9接觸；在絕緣層10上設(shè)置有歐姆電極12，所述歐姆電極12與銪摻雜氧化鋅納米線11呈歐姆接觸；在石墨烯9上設(shè)置有歐姆電極13，所述歐姆電極13與絕緣層10、歐姆電極12和銪摻雜氧化鋅納米線11隔離；所述銪摻雜氧化鋅納米線11為P型銪摻雜氧化鋅納米線；所述石墨烯9為N型石墨烯；所述歐姆電極3和歐姆電極6為金電極。

本發(fā)明異質(zhì)結(jié)型光電探測(cè)器的制備方法如下：將石墨烯9平鋪到硅基底7表面的二氧化硅層8上，采用紫外光刻和磁控濺射鍍膜技術(shù)在石墨烯9的表面制備絕緣層10，將銪摻雜氧化鋅納米線11分散到絕緣層10上的邊緣位置使所述銪摻雜氧化鋅納米線11有部分與石墨烯9交疊接觸，利用紫外光刻技術(shù)和電子束鍍膜技術(shù)在絕緣層10上制備歐姆電極12，所述歐姆電極12與所述銪摻雜氧化鋅納米線11呈歐姆接觸；再次利用紫外光刻技術(shù)和電子束鍍膜技術(shù)在石墨烯9上制備歐姆電極13，所述歐姆電極13與絕緣層10、歐姆電極12和銪摻雜氧化鋅納米線11隔離。

所述絕緣層10選自氮化硅(Si₃N₄)、氧化哈(HfO₂)、氧化鋯(ZrO₂)、氧化鋁(Al₂O₃)或二氧化硅(SiO₂)，絕緣層10的厚度為10納米至10微米。

本發(fā)明金電極的厚度為100nm。

本發(fā)明使用的P型銪摻雜氧化鋅納米線4和N型石墨烯5是按照現(xiàn)有技術(shù)采用化學(xué)氣相沉積方法在水平管式石英爐中合成。

與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在：本發(fā)明涉及了一種工藝較為簡單，成本低廉的的方法制備了P型氧化鈦與N型石墨烯異質(zhì)結(jié)型光電探測(cè)器。由于結(jié)區(qū)其內(nèi)在電場(chǎng)的加速作用，異質(zhì)結(jié)結(jié)型光電探測(cè)器探測(cè)速度明顯優(yōu)于光電導(dǎo)型探測(cè)器。此外，石墨烯具有柔性、透明以及高電導(dǎo)率等特點(diǎn)，使探測(cè)器具備了較好的接收被探測(cè)光的能力，因此具備了較高的響應(yīng)度和增益。所以，利用銪摻雜氧化鋅納米線和 石墨烯構(gòu)筑成異質(zhì)結(jié)型光電探測(cè)器具備了較高的探測(cè)率、較高的響應(yīng)度、增益以及較快的探測(cè)速度，有利于光電探測(cè)器在快速光電集成電路中的應(yīng)用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明P型銪摻雜氧化鋅納米線與N型石墨烯異質(zhì)結(jié)型光電探測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標(biāo)號(hào)：1為硅基底；2為二氧化硅層；3為歐姆電極；4為銪摻雜氧化鋅納米線；5為石墨烯；6為歐姆電極。

圖2為本發(fā)明P型銪摻雜氧化鋅納米線與N型石墨烯異質(zhì)結(jié)型光電探測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標(biāo)號(hào)：7為硅基底；8為二氧化硅層；9為石墨烯；10為絕緣層；11為銪摻雜氧化鋅納米線；12為歐姆電極；13為歐姆電極。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：本實(shí)施例P型銪摻雜氧化鋅納米線與N型石墨烯異質(zhì)結(jié)型光電探測(cè)器具有如下結(jié)構(gòu)：參見圖1，在覆有二氧化硅層2的硅基底1的表面分散有平鋪的銪摻雜氧化鋅納米線4，在所述銪摻雜氧化鋅納米線4的兩端分別設(shè)置有100納米厚的金電極3作為輸出一極，所述金電極3與所述銪摻雜氧化鋅納米線4呈歐姆接觸；在所述銪摻雜氧化鋅納米線4上交疊覆有石墨烯5，所述石墨烯5位于兩個(gè)金電極3之間且與金電極3隔離；在所述石墨烯5上設(shè)置有100納米厚的金電極6作為另一輸出極，所述金電極6與所述石墨烯5呈歐姆接觸且與銪摻雜氧化鋅納米線4和金電極3隔離；其中銪摻雜氧化鋅納米線4為P型銪摻雜氧化鋅納米線；所述石墨烯5為N型石墨烯。

本實(shí)施例中P型銪摻雜氧化鋅納米線與N型石墨烯結(jié)型光電探測(cè)器的制備方法如下：首先，利用化學(xué)氣相沉積方法在水平管式石英爐中合成銪摻雜氧化鋅納米線4和石墨烯5，將銪摻雜氧化鋅納米線4分散到覆有二氧化硅層2的硅基底1的表面，二氧化硅層2的厚度為300納米，隨后采用紫外光刻技術(shù)在二氧化硅層2上光刻出一對(duì)電極圖案，然后利用電子束鍍膜技術(shù)蒸鍍得到一對(duì)100納米厚的金電極3，所述金電極3與所述銪摻雜氧化鋅納米線4呈歐姆接觸；將石墨烯5覆于二氧化硅層2的表面，利用紫外光刻技術(shù)在二氧化硅層2上光刻出與銪摻雜氧化鋅納米線4交疊且位于兩個(gè)金電極3之間并與金電極3隔離的電極圖案，然后利用氧等離子轟擊除去電極圖案以外的石墨烯得到石墨烯5，再利用紫外光刻技術(shù)和電子束鍍膜技術(shù)制備得到100納米厚的金電極6，所述金電極6與石墨烯5形成歐姆接觸且與銪摻雜氧化鋅納米線4和金電極3隔離，由銪摻雜氧化鋅納米線4與石墨烯5形成異質(zhì)結(jié)。

實(shí)施例2：如圖2所示，本實(shí)施例P型銪摻雜氧化鋅納米線與N型石墨烯異質(zhì)結(jié)型光電探測(cè)器具有如下結(jié)構(gòu)：在覆有二氧化硅層8的硅基底7的表面平鋪有石墨烯9，在石墨烯9上設(shè)置有30納米厚的絕緣層10，在所述絕緣層10的表面分散有銪摻雜氧化鋅納米線11且所述銪摻雜氧化鋅納米線11的一部分與石墨烯9接觸；在絕緣層10上設(shè)置有100納米厚的金電極12，所述金電極12與銪摻雜氧化鋅納米線11呈歐姆接觸；在石墨烯9上設(shè)置有100納米厚的金電極13，所述金電極13與絕緣層10、金電極12和銪摻雜氧化鋅納米線11隔離；所述銪摻雜氧化鋅納米線11為P型銪摻雜氧化鋅納米線；所述石墨烯9為N型石墨烯。

本實(shí)施例中所述絕緣層10為氮化硅。

本實(shí)施例中P型銪摻雜氧化鋅納米線與N型石墨烯結(jié)型光電探測(cè)器的制備方法如下：首先，利用化學(xué)氣相沉積方法在水平管式石英爐中合成銪摻雜氧化鋅納米線11和石墨烯9，將石墨烯9平鋪到覆有二氧化硅層8的硅基底7的表面，采用紫外光刻和磁控濺射鍍膜技術(shù)在石墨烯9的表面制備30納米厚的絕緣層10，將銪摻雜氧化鋅納米線11分散到絕緣層10上的邊緣位置使所述銪摻雜氧化鋅納米線11有部分與石墨烯9交疊接觸，利用紫外光刻技術(shù)和電子束鍍膜技術(shù)在絕緣層10上制備100納米厚的金電極12，所述金電極12與所述銪摻雜氧化鋅納米線11呈歐姆接觸；再次利用紫外光刻技術(shù)和電子束鍍膜技術(shù)在石墨烯9上制備100納米厚的金電極13，所述金電極13與絕緣層10、金電極12和銪摻雜氧化鋅納米線11隔離。