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一种等离激元增强局域雪崩的紫外光电探测器及制备方法 

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摘要:一种等离激元增强局域雪崩的紫外光电探测器及制备方法,属于半导体探测器件领域。采用化学气相传输法同质外延法在N+型宽禁带半导体衬底上依次生长N型缓冲层和i型吸收层,再通过化学气相沉积的方式生长P型层;利用光刻和ICP刻蚀的方式在PiN结构的宽禁带半导体外延片上刻蚀倾斜台面;利用光刻和ICP刻蚀的方式刻蚀微孔结构;利用热氧化和化学气相沉积的方式生长二氧化硅钝化层以及开窗;利用光刻和磁控溅射的方式制作P电极和N电极;利用PS微球溶液在器件表面制备PS掩模板,沉积金属膜,剥离PS掩模板后获得表面金属纳米颗粒阵列。表面金属颗粒激发等离激元场增强,更好的实现紫外光电器件的局域雪崩,并降低雪崩电压。

主权项:1.一种等离激元增强局域雪崩的紫外光电探测器的制备方法,其特征在于包括以下步骤:1)采用化学气相传输法同质外延法在N+型宽禁带半导体衬底上依次生长N型缓冲层和i型吸收层,再通过化学气相沉积的方式生长P型层;2)利用光刻和ICP刻蚀的方式在PiN结构的宽禁带半导体外延片上刻蚀倾斜台面;3)利用光刻和ICP刻蚀的方式刻蚀微孔结构;所述微孔的开孔方式是从P型层往i型吸收层方向开孔,使得P型层刻穿直到i型吸收层,微孔的大小与间距根据表面等离激元的激发效果设置;4)利用热氧化和化学气相沉积技术在器件表面生长二氧化硅钝化层,利用光刻和ICP刻蚀技术开窗;所述二氧化硅钝化层的生长具体步骤为:刻蚀微孔之后生长钝化层,器件表面、微孔底部和侧壁处均存在二氧化硅,作用是减少漏电以及对光的反射,首先要通过干氧、湿氧、干氧交替氧化的方式长一层二氧化硅作为牺牲层;取出第一次氧化好的样品,放入缓冲氢氟酸溶液进行腐蚀,去除第一次氧化形成的氧化层,用去离子水冲洗干净;将片子放入氧化炉,再次通过干氧、湿氧、干氧交替氧化的方式长一层致密二氧化硅层;PECVD生长SiO2;PECVD生长Si3N4;所述开窗的具体步骤为:阻挡层即为上述用PECVD生长的SiO2和Si3N4,通过甩胶、前烘、用掩膜板曝光、显影形成开窗图形,再坚膜使得光刻胶变硬,最后通过ICP刻蚀形成窗口;5)利用光刻和磁控溅射的方式制作P电极和N电极,具体步骤为:用掩膜板在光敏面区光刻P型电极区,并用缓冲氢氟酸溶液腐蚀掉电极处的氧化层,利用磁控溅射TiAlTiAu多层金属作为P型电极;N型欧姆接触是在衬底背面形成的,具体步骤为:首先用光刻胶将器件正面保护好,然后用缓冲氢氟酸溶液腐蚀掉衬底背面自然氧化层,然后磁控溅射NiAu作为N型电极;最后两种电极在高温下通过退火形成良好的欧姆接触;6)利用PS微球溶液在表面制备PS掩模板,在PS掩模板上沉积金属膜,剥离PS掩模板后获得表面金属纳米颗粒阵列,具体步骤为:首先在器件表面通过PS微球悬浮液制备出PS掩模板,再通过电子束蒸发技术在掩模板表面蒸发一层金属膜,然后利用四氢呋喃溶液剥离掉PS掩模板,得到表面金属纳米颗粒阵列;所述PS微球的直径为100~1000nm;所述金属纳米颗粒的形状为球形、圆盘形或三角柱形,以更好的与尺寸相配合;所述金属纳米颗粒的材料选择Al、Ag或Au;所述金属纳米颗粒阵列均匀分布在器件表面、微孔底部以及微孔侧壁,以更好地诱导半导体中的场增强,当紫外光通过不同的角度入射到器件表面,在横向和纵向均获得光子能量,从而最大化激发表面等离激元场增强。

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