CN109962125B - 一种等离激元增强型深紫外探测器及其制作方法 - Google Patents
一种等离激元增强型深紫外探测器及其制作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109962125B CN109962125B CN201711340060.8A CN201711340060A CN109962125B CN 109962125 B CN109962125 B CN 109962125B CN 201711340060 A CN201711340060 A CN 201711340060A CN 109962125 B CN109962125 B CN 109962125B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- heterojunction
- plasmon
- periodic
- detector
- gear shaping
- 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
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 16
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 claims abstract description 80
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract description 51
- 238000010862 gear shaping Methods 0.000 claims abstract description 39
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 17
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims description 38
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 14
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 10
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 claims description 8
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 7
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 3
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 2
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims description 2
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 2
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 claims description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Substances N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 16
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 14
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 11
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 7
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 7
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 7
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 7
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 6
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 abstract description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 15
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 7
- 230000004044 response Effects 0.000 description 7
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 229910001199 N alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 3
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 description 2
- RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N aluminum gallium Chemical compound [Al].[Ga] RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N lead(0) Chemical compound [Pb] WABPQHHGFIMREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 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
- H01L31/02—Details
- H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
- H01L31/02327—Optical elements or arrangements associated with the device the optical elements being integrated or being directly associated to the device, e.g. back reflectors
-
- 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
- H01L31/10—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 characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
- H01L31/109—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PN heterojunction type
-
- 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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
本发明公开了一种等离激元增强型深紫外探测器、其制备方法及应用。所述等离激元增强型深紫外探测器包括包括异质结、插齿电极及周期性金属颗粒阵列，所述插齿电极形成于所述异质结上，所述周期性金属颗粒阵列形成于所述插齿电极之间。本发明利用金属颗粒所产生的局域等离激元和金属颗粒阵列所产生的等离激元周期性衍射共振模式，将两种紫外波段的入射光耦合到金属纳米结构，来实现探测器表面两种紫外波段的光场增强，提高探测器材料对入射光的吸收率，改善深紫外探测器对两种波长的光响应度；并且通过调节金属颗粒的周期和尺寸能够实现等离激元共振和镓氮/铝镓氮探测器探测波长的耦合。
Description
技术领域
本发明涉及深紫外探测器，具体涉及一种等离激元增强型深紫外探测器的器件结构及其制作方法，属于光探测及半导体器件领域。
技术背景
金属颗粒在入射光的激励下，会产生表面电子的集体震荡，通过光和电子的共振将光约束在金属颗粒表面几十纳米甚至更小的范围，形成很强的局域电磁场，即表面局域等离子体效应，可以表现奇异的光学特性。另外，当金属颗粒形成周期性阵列时，在一定的激发电磁波长下，颗粒周期阵列的衍射模式和单个颗粒的局域等离激元共振发生相互作用，显示出一种新奇光学振荡模式。美国西北大学的Teri W.Odom等人(2013,NatureNanotechnology)利用金属颗粒周期阵列的共振模式，结合红外染料荧光分子增益材料，实现室温等离激元耦合红外光致激射发光。另外基于金属颗粒局域等离激元共振产生的局域场增强实现探测器响应率增加已屡见不鲜。但是如何将金属颗粒和周期阵列场强增强效应有效结合实现双波长的深紫外探测器效率改善还未见报道。
近年来，AlxGa1-xN合金材料在紫外探测器制备中引起了广大关注。AlxGa1-xN合金是直接带隙的半导体，且随成分变化，其带隙宽度可连续从镓氮的3.4eV变化到铝氮的6.2eV；带隙宽使得它的暗电流和漏电流较小；高的量子转化效率、优越的物理化学稳定性、耐高温、耐腐蚀等优点，使基于AlxGa1-xN/GaN材料的紫外探测器在环境监控、医疗检测及紫外-天文学领域有广泛应用前景。基于AlGaN/GaN的探测器包括pin结、金属-半导体肖特基势垒及金属-半导体-金属(MSM)结构，但这些结构要获得低暗电流和高响应率仍面临很大挑战。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种等离激元增强型深紫外探测器及其制作方法。
为实现以上发明目的，本发明采用了如下所述的技术方案：
本发明实施例提供了一种等离激元增强型深紫外探测器，其包括异质结、插齿电极及周期性金属颗粒阵列，所述插齿电极形成于所述异质结上，所述周期性金属颗粒阵列形成于所述插齿电极之间。
在一较为具体的实施案例中，所述等离激元增强型深紫外探测器还包括缓冲层，所述异质结形成在缓冲层上。
在一较为具体的实施案例中，所述异质结包括AlxGa1-xN/GaN异质结和/或GaO/GaN异质结，其中，0.1≦X≦0.3。
优选的，所述异质结包括沿在缓冲层上依次形成的GaN层和AlxGa1-xN层，其中，0.1≦X≦0.3。
在一较为具体的实施案例中，所述周期性金属颗粒阵列包括阵列排布的复数个金属颗粒，且所述周期性金属颗粒阵列满足以下关系：p-d≦40nm，40nm≦p≦200nm，20nm≦d≦200nm，其中，p为任意相邻两个金属颗粒的中心之间的周期距离，d为每个金属颗粒的直径。
本发明实施例还提供了前述的等离激元增强型深紫外探测器的制作方法，其包括：
在衬底表面形成缓冲层；
在所述缓冲层表面形成异质结；
在所述异质结表面形成插齿电极；以及
在所述插齿电极之间形成周期性金属颗粒阵列。
较之现有技术，本发明的优点包括：
1)本发明提供一种周期性金属颗粒阵列与AlxGa1-xN/GaN异质结构结合的双波长响应的深紫外探测器，其中，周期性金属颗粒阵列能够在电磁波的激发下产生一定波长的衍射耦合共振模式，这种共振模式能够通过调节金属颗粒阵列周期获得共振波长的蓝移，来实现向短波长移动，实现金属颗粒等离激元的深紫外双波长的光场增强(即近场局域增强)，进而改善探测器探测性能。
2)本发明利用金属颗粒所产生的局域等离激元和颗粒阵列所产生的等离激元周期性衍射共振模式，将两种紫外波段的入射光耦合到金属颗粒阵列，金属颗粒阵列能够有效地实现双波长的紫外等离激元的激发，进而实现探测器表面两种紫外波段的光场增强，提高探测器材料对入射光的吸收率，最终改善并提高深紫外探测器两种波长的光响应度。
3)本发明通过调节金属颗粒的周期和尺寸能够实现等离激元共振和镓氮/铝镓氮探测器探测波长的耦合。
附图说明
图1是本发明一典型实施例中一种等离激元增强型深紫外探测器的结构示意图。
图2是本发明一典型实施例中一种等离激元增强型深紫外探测器的制作工艺流程图。
图3a和图3b是本发明一典型实施例中一种等离激元增强型深紫外探测器中对周期性金属颗粒阵列的吸收、散射、透射曲线及光照下的电磁场场分布的仿真模拟示意图。
图4是本发明一典型实施例中一种等离激元增强型深紫外探测器中光特征曲线随金属颗粒阵列周期性变化的仿真模拟示意图。
附图标记说明：001-衬底，002-缓冲层，003-GaN、004-AlxGa1-xN，005-插齿电极，006-周期性金属颗粒阵列。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。但是，应当理解，在本发明范围内，本发明的各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
本发明实施例的一个方面提供了一种等离激元增强型深紫外探测器，其包括包括异质结、插齿电极及周期性金属颗粒阵列，所述插齿电极形成于所述异质结上，所述周期性金属颗粒阵列形成于所述插齿电极之间。
在一较为具体的实施案例中，所述等离激元增强型深紫外探测器还包括缓冲层，所述异质结形成在缓冲层上。
在一较为具体的实施案例中，所述异质结包括AlxGa1-xN/GaN异质结和/或GaO/GaN异质结，其中，0.1≦X≦0.3。
优选的，所述异质结包括沿在缓冲层上依次形成的GaN层和AlxGa1-xN层，其中，0.1≦X≦0.3。其中GaN的带隙波长接近370纳米，而AlGaN材料的带隙波长接近320纳米。
在一较为具体的实施案例中，所述周期性金属颗粒阵列包括阵列排布的复数个金属颗粒，且所述周期性金属颗粒阵列满足以下关系：p-d≦40nm，40nm≦p≦200nm，20nm≦d≦200nm，其中，p为任意相邻两个金属颗粒的中心之间的周期距离，d为每个金属颗粒的直径。
本发明中的金属颗粒周期阵列能够在电磁波的激发下产生一定波长的衍射耦合共振模式，这种共振模式能够通过调节金属颗粒周期来实现向短波长移动，实现金属颗粒等离激元的深紫外双波长的近场局域增强，能够有效地实现双波长的紫外等离激元的激发，进而改善探测器探测性能。
进一步的，所述金属颗粒的材质包括铝、银、锌和镓等中的任意一种或两种以上的组合，优选为金属铝颗粒，但不限于此。
进一步的，所述金属颗粒的形状包括球状、柱状、棱锥和多面体等中的任意一种或两种以上的组合，优选为柱状，但不限于此。
在一较为具体的实施案例中，所述缓冲层设置于衬底表面。
进一步的，所述缓冲层的材质可以选自但不限于氮化铝、氮化镓和AlGaN中的任意一种
进一步的，所述衬底的材质可以选自但不限于硅、蓝宝石、氮化镓和玻璃中的任意一种。
在一较为具体的实施案例中，所述插齿电极与异质结的接触界面为平面。
进一步的，所述插齿电极与异质结之间形成肖特基接触。
进一步的，所述插齿电极可以选自但不包括镍/金电极、铂/金电极等，优选为镍/金电极。
进一步的，所述等离激元增强型深紫外探测器的材料体系为AlGaN/GaN体系。
本发明实施例的另一个方面提供了一种等离激元增强型深紫外探测器的制作方法，其包括：
在衬底表面形成缓冲层；
在所述缓冲层表面形成异质结；
在所述异质结表面形成插齿电极；以及
在所述插齿电极之间形成周期性金属颗粒阵列。
进一步的，所述制作方法包括：至少以电子束蒸发、热蒸发、磁控溅射镀膜中的任一种方式在所述异质结表面形成插齿电极，并使所述插齿电极与异质结形成肖特基接触，进而形成金属-半导体-金属结构。
其中，金属-半导体-金属探测器(简称MSM结构)是指半导体表面形成插齿电极后，统称为在半导体表面形成的插齿(金属)-半导体-插齿(金属)的探测器结构。
具体的，所述插齿电极的制备主要流程依次为涂胶、光刻、显影、金属电极镀膜以及剥离等工艺。
进一步的，所述制作方法包括：至少以电子束蒸发方式生长形成周期性金属颗粒阵列。
优选的，所述周期性金属颗粒阵列满足以下关系：(p-d)≦40nm，40nm≦p≦200nm，20nm≦d≦200nm，其中，p为任意相邻两个金属颗粒的中心之间的周期距离，d为每个金属颗粒的直径。
进一步的，所述异质结包括AlxGa1-xN/GaN异质结、GaO/GaN异质结等，其中，0.1≦X≦0.3。
优选的，所述异质结包括沿在缓冲层上依次形成的GaN层和AlxGa1-xN层，其中，0.1≦X≦0.3。
进一步的，在一较为典型的实施案例中，该制作方法可以包括如下步骤：
(1)在生长好AlGaN/GaN材料的衬底上，清洗，进行阳极氧化铝(AAO)掩模的转移；
(2)电子束蒸发生长铝颗粒，高温胶带去除AAO掩模，得到周期性金属颗粒阵列；
(3)光刻技术得到插齿电极；
(4)将步骤(3)得到的插齿电极区域进行Al颗粒腐蚀，得到干净的电极与衬底界面；
(5)电子束蒸发生长电极，形成肖特基接触，形成金属-半导体-金属结构；
(6)引线到PCB板电极，测试，完成探测器的制备。
藉由上述技术方案，本发明提供一种周期性金属颗粒阵列与AlxGa1-xN/GaN异质结构结合的双波长响应的深紫外探测器，利用金属颗粒所产生的局域等离激元和金属颗粒阵列所产生的等离激元周期性衍射共振模式，将两种紫外波段的入射光耦合到金属纳米结构，来实现探测器表面两种紫外波段的光场增强，提高探测器材料对入射光的吸收率，改善深紫外探测器对两种波长的光响应度；并且通过调节金属颗粒的周期和尺寸能够实现等离激元共振和镓氮/铝镓氮探测器探测波长的耦合。
以下结合附图及更为具体的实施例对本发明的技术方案作进一步清楚、完整的解释说明。
请参阅图1所示，本实施例所涉及的一种等离激元增强型深紫外探测器。图1中其中X-轴，Y-轴与Z-轴分别代表坐标轴X轴、Y轴与Z轴。该深紫外探测器包括：衬底001，缓冲层002，AlxGa1-xN/GaN异质结003、004，周期性金属颗粒阵列006，插齿电极005。所述镓氮/铝镓氮异质结置于衬底001之上，所述插齿电极005置于镓氮/铝镓氮异质结004之上，所述周期性金属颗粒阵列006置于插齿电极005之间。
本发明实施例中，在所述AlxGa1-xN/GaN异质结中，0.1≦X≦0.3。在本发明的一个更为具体的实施例中，X大约为0.23，对应AlxGa1-xN材料是Al0.23Ga0.73N。其中GaN的带隙波长接近370纳米，而AlGaN材料的带隙波长接近320纳米。
在本发明的一个更为具体的实施例中，X大约为0.1，对应AlxGa1-xN材料是Al0.1Ga0.9N。
在本发明的一个更为具体的实施例中，X大约为0.3，对应AlxGa1-xN材料是Al0.3Ga0.7N。
本发明实施例中，金属颗粒为铝、镓、银中的任意一种。在本发明的一个更为具体的实施例中选择金属铝颗粒。本发明实施例中，所述金属颗粒的形状可为球状、柱状、棱锥、多面体中的任意一种。在本发明的一个更为具体的实施例中选用柱状。本发明实施例中，所述周期性金属颗粒阵列的关系为p-d≦40nm，40nm≦p≦200nm，20≦d≦200nm。在本发明的一个更为具体的实施例中p＝125nm，d＝95nm，p-d＝30nm。在本发明的一个更为具体的实施例中p＝40nm，d＝20nm，p-d＝20nm。在本发明的一个更为具体的实施例中p＝200nm，d＝160nm，p-d＝40nm。在本发明的一个更为具体的实施例中p＝200nm，d＝200nm，p-d＝0nm。
如图2所示，本发明实施例中一种等离激元增强型深紫外探测器的制备工艺流程具体步骤如下：
步骤一：在生长好AlGaN/GaN材料的衬底上，清洗，进行阳极氧化铝(AAO)掩模的转移；
步骤二：电子束蒸发生长铝颗粒，高温胶带去除AAO掩模，得到周期结构的Al颗粒；
步骤三：光刻技术得到插齿电极；
步骤四：将步骤三得到的插齿电极区域进行Al颗粒腐蚀，得到干净的电极与衬底界面；
步骤五：电子束蒸发生长电极，形成肖特基接触，形成金属-半导体-金属结构；
步骤六：引线到PCB板电极，测试，完成探测器的制备。
本发明中需电极-异质结形成肖特基接触，可选镍/金，铂/金电极，本实施例选用金属插齿电极为Ni/Au，电极宽度及间距约为10μm，电极的区域面积大约为1000μm。
图3a所示为本发明又一实施例P＝150nm，d＝130nm的周期性金属Al颗粒阵列的吸收、散射及透射曲线仿真模拟，吸收曲线相对于散射和透射曲线有两个峰值，峰位Ⅰ为Al颗粒的局域等离激元共振波长，其波长在260～320nm范围内，峰位Ⅲ为金属颗粒阵列的周期性衍射峰，其波长在330～370nm范围。图3b分别为三种模式下光照作用下，局域电磁场的分布图，可以看出三种模式下Ⅰ、Ⅲ的局域增强场分布在颗粒的两侧。
图4示出了本实施例中提供的一种等离激元增强型深紫外探测器中随周期性变化的金属颗粒阵列的共振响应波长仿真模拟，本实施例中选用了分别为周期p(220,200,180,160,140,120)nm，d(200,180,160,140,120,100)nm的六组Al颗粒周期阵列，从模拟曲线可以看出，探测器对应于两个共振响应峰，Al颗粒的局域等离效应对应约300nm的峰位随周期变化范围小，周期性金属颗粒阵列的响应峰对应波长在约360nm，可以看出随着周期从220-120nm的增大，响应峰位从530-310nm移动，发生蓝移。由此可见，通过周期性金属颗粒阵列与镓氮/铝镓氮的异质结结合，可以实现金属颗粒阵列的紫外双波长等离激元共振，匹配GaN和AlGaN带隙波长，实现GaN/AlGaN紫外探测器的双波长的增强探测。
通过上述实施例可以发现，本发明提供的周期性金属颗粒阵列与AlxGa1-xN/GaN异质结构结合的双波长响应的深紫外探测器，利用金属颗粒所产生的局域等离激元和金属颗粒阵列所产生的等离激元周期性衍射共振模式，将两种紫外波段的入射光耦合到金属纳米结构，来实现探测器表面两种紫外波段的光场增强，提高探测器材料对入射光的吸收率，改善深紫外探测器对两种波长的光响应度；并且通过调节金属颗粒的周期和尺寸能够实现等离激元共振和镓氮/铝镓氮探测器探测波长的耦合。
此外，本案发明人还参照上述实施例的方式，以本说明书中列出的其它原料和条件等进行了试验，所获等离激元增强型深紫外探测器亦具有较为理想的性能，即同样制得了具有优异的探测性能、实现等离激元共振和镓氮/铝镓氮探测器探测波长的耦合的等离激元增强型深紫外探测器。
需要说明的是，在本说明书中术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
应当理解，以上较佳实施例仅用于说明本发明的内容，除此之外，本发明还有其他实施方式，但凡本领域技术人员因本发明所涉及之技术启示，而采用等同替换或等效变形方式形成的技术方案均落在本发明的保护范围内。
Claims (17)
1.一种等离激元增强型深紫外探测器，其特征在于包括异质结、插齿电极及周期性金属颗粒阵列，所述插齿电极形成于所述异质结上，所述周期性金属颗粒阵列形成于所述插齿电极之间, 所述异质结选自AlxGa1-xN/GaN异质结和/或GaO/GaN异质结，其中，0.1≦X≦0.3，所述周期性金属颗粒阵列包括阵列排布的复数个金属颗粒，且所述周期性金属颗粒阵列满足以下关系：p-d≦40nm，40nm≦p≦200nm，40nm≦d≦200nm，其中，p为任意相邻两个金属颗粒的中心之间的周期距离，d为每个金属颗粒的直径。
2.根据权利要求1所述的等离激元增强型深紫外探测器，其特征在于还包括缓冲层，所述异质结形成在缓冲层上。
3.根据权利要求2所述的等离激元增强型深紫外探测器，其特征在于：所述异质结包括沿在缓冲层上依次形成的GaN层和AlxGa1-xN层，其中，0.1≦X≦0.3。
4.根据权利要求1所述的等离激元增强型深紫外探测器，其特征在于：所述金属颗粒的材质选自铝、银、锌和镓中的任意一种或两种以上的组合。
5.根据权利要求1所述的等离激元增强型深紫外探测器，其特征在于：所述金属颗粒的形状选自球状、柱状、棱锥和多面体中的任意一种或两种以上的组合。
6.根据权利要求2所述的等离激元增强型深紫外探测器，其特征在于：所述缓冲层设置于衬底表面。
7.根据权利要求6所述的等离激元增强型深紫外探测器，其特征在于：所述缓冲层的材质选自氮化铝、氮化镓和AlGaN中的任意一种。
8.根据权利要求6所述的等离激元增强型深紫外探测器，其特征在于：所述衬底的材质选自硅、蓝宝石、氮化镓和玻璃中的任意一种。
9.根据权利要求1或3所述的等离激元增强型深紫外探测器，其特征在于：所述插齿电极与异质结的接触界面为平面。
10.根据权利要求1或3所述的等离激元增强型深紫外探测器，其特征在于：所述插齿电极与异质结之间形成肖特基接触。
11.根据权利要求10所述的等离激元增强型深紫外探测器，其特征在于：所述插齿电极选自镍/金电极或铂/金电极。
12.权利要求1-11中任一项所述的等离激元增强型深紫外探测器的制作方法，其特征在于包括：
在衬底表面形成缓冲层；
在所述缓冲层表面形成异质结；
在所述异质结表面形成插齿电极；以及
在所述插齿电极之间形成周期性金属颗粒阵列。
13.根据权利要求12所述的制作方法，其特征在于包括：至少以电子束蒸发、热蒸发、磁控溅射镀膜中的任一种方式在所述异质结表面形成插齿电极，并使所述插齿电极与异质结形成肖特基接触，进而形成金属-半导体-金属结构。
14.根据权利要求12所述的制作方法，其特征在于包括：至少以电子束蒸发方式生长形成周期性金属颗粒阵列。
15.根据权利要求14所述的制作方法，其特征在于：所述周期性金属颗粒阵列满足以下关系：(p-d)≦40nm，40nm≦p≦200nm，20nm≦d≦200nm，其中，p为任意相邻两个金属颗粒的中心之间的周期距离，d为每个金属颗粒的直径。
16.根据权利要求12所述的制作方法，其特征在于：所述异质结选自AlxGa1-xN/GaN异质结和/或GaO/GaN异质结，其中，0.1≦X≦0.3。
17.根据权利要求16所述的制作方法，其特征在于：所述异质结包括沿在缓冲层上依次形成的GaN层和AlxGa1-xN层，其中，0.1≦X≦0.3。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711340060.8A CN109962125B (zh) | 2017-12-14 | 2017-12-14 | 一种等离激元增强型深紫外探测器及其制作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711340060.8A CN109962125B (zh) | 2017-12-14 | 2017-12-14 | 一种等离激元增强型深紫外探测器及其制作方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109962125A CN109962125A (zh) | 2019-07-02 |
| CN109962125B true CN109962125B (zh) | 2021-02-23 |
Family
ID=67018075
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711340060.8A Active CN109962125B (zh) | 2017-12-14 | 2017-12-14 | 一种等离激元增强型深紫外探测器及其制作方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109962125B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110783416A (zh) * | 2019-11-04 | 2020-02-11 | 深圳基本半导体有限公司 | 基于表面等离激元的光控晶闸管、制作方法及电子设备 |
| CN111129225A (zh) * | 2019-12-26 | 2020-05-08 | 重庆大学 | 紫外光电探测器及其制备方法 |
| CN112420398B (zh) * | 2020-11-13 | 2021-12-10 | 中国科学技术大学 | 基于等离子体激元增强的光电化学光探测器及其制备方法 |
| CN113013278B (zh) * | 2021-03-12 | 2023-02-03 | 太原理工大学 | 一种碳化硅基全谱响应光电探测器及其制备方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6125758B2 (ja) * | 2011-03-31 | 2017-05-10 | 住友化学株式会社 | 光学素子 |
| CN102184975A (zh) * | 2011-04-11 | 2011-09-14 | 复旦大学 | 一种能增加光电转换效率的薄膜太阳能电池及其制造方法 |
| CN103346232A (zh) * | 2013-06-28 | 2013-10-09 | 厦门大学 | 一种深紫外发光二极管及其制备方法 |
| CN106784056B (zh) * | 2016-12-22 | 2018-04-24 | 东南大学 | 一种响应光谱可调节的光电探测器 |
-
2017
- 2017-12-14 CN CN201711340060.8A patent/CN109962125B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109962125A (zh) | 2019-07-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109962125B (zh) | 一种等离激元增强型深紫外探测器及其制作方法 | |
| Zhu et al. | Nanostructured photon management for high performance solar cells | |
| Sang et al. | A comprehensive review of semiconductor ultraviolet photodetectors: from thin film to one-dimensional nanostructures | |
| CN105470320A (zh) | 一种二硫化钼/半导体异质结光电探测器及其制造方法 | |
| CN110335908B (zh) | 异质结分波段探测器及其制备方法与应用 | |
| Qiao et al. | Nanoplasmonically enhanced high-performance metastable phase α-Ga2O3 solar-blind photodetectors | |
| CN105590971B (zh) | AlGaN日盲紫外增强型雪崩光电探测器及其制备方法 | |
| CN103346197A (zh) | 一种高响应度的AlGaN基量子阱红外探测器及其制备方法 | |
| WO2013171286A1 (en) | Solar cells having a nanostructured antireflection layer | |
| Kuang et al. | Dual-ultraviolet wavelength photodetector based on facile method fabrication of ZnO/ZnMgO core/shell nanorod arrays | |
| CN112164732B (zh) | 一种紫外光电二极管及其制备方法 | |
| Nguyen et al. | Recent advances in self‐powered and flexible UVC photodetectors | |
| CN105118887A (zh) | 一种铟纳米颗粒阵列修饰的石墨烯/硒化锌纳米带肖特基结蓝光光电开关及其制备方法 | |
| CN110690317A (zh) | 一种基于单层MoS2薄膜/GaN纳米柱阵列的自供电紫外探测器及其制备方法 | |
| Varshney et al. | Ga2O3/GaN heterointerface-based self-driven broad-band ultraviolet photodetectors with high responsivity | |
| Ghods et al. | Plasmonic enhancement of photocurrent generation in two-dimensional heterostructure of WSe2/MoS2 | |
| Peng et al. | UV-induced SiC nanowire sensors | |
| Deb et al. | Boosted photoresponsivity using silver nanoparticle decorated TiO2 nanowire/reduced graphene oxide thin-film heterostructure | |
| Xiao et al. | Flexible and highly stable solar-blind photodetector based on room-temperature synthesis of amorphous Ga2O3 film | |
| CN106684198B (zh) | 基于亚波长光栅的谐振增强型紫外光探测器及制备方法 | |
| Chen et al. | Ordered GaN nanorod arrays for self-powered photoelectrochemical ultraviolet photodetectors | |
| CN110931576A (zh) | 一种日盲紫外探测器及其制备方法 | |
| Kang et al. | Fabrication of an InGaN/GaN nanotube-based photoanode using nano-imprint lithography and a secondary sputtering process for water splitting | |
| CN113299775B (zh) | 一种高速短波通信探测器 | |
| Wu et al. | High-Performance Self-Driven Single GaN-Based p–i–n Homojunction One-Dimensional Microwire Ultraviolet Photodetectors |
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 |