專利名稱：探測光子能量低于禁帶寬度的近紅外光的探測器的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種可以探測光子能量低于禁帶寬度的近紅外光的器件結(jié)構(gòu)，屬于納米光探測材料與器件領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
自Ebbesen等人發(fā)現(xiàn)了關(guān)于金屬薄膜微孔陣列遠(yuǎn)場透射增強的(Ebbesen現(xiàn)象)著名現(xiàn)象以來，國際上對表面等離激元的研究產(chǎn)生了極大的興趣，相關(guān)研究一直是國際上的前沿研究方向，表面等離激元學(xué)已經(jīng)形成一個新的學(xué)科熱點。其中，利用表面等離激元獨特的光學(xué)性質(zhì)設(shè)計與制作光探測器件是一個關(guān)注的研究方向。目前在紅外光電探測領(lǐng)域， 應(yīng)用較多的器件結(jié)構(gòu)是半導(dǎo)體-半導(dǎo)體結(jié)，所探測的紅外光子能量要求大于半導(dǎo)體的禁帶寬度，這對光電探測器材料的能帶調(diào)控提出了極高的要求。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種探測光子能量低于禁帶寬度的近紅外光的探測器結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單、操作便利，能夠?qū)崿F(xiàn)對入射光波長的選擇性探測，無需制冷，應(yīng)用前景廣闊。技術(shù)方案一種探測光子能量低于禁帶寬度的近紅外光的探測器結(jié)構(gòu)，制備過程如下
(I)在襯底表面合成CdS納米棒陣列；襯底采用導(dǎo)電襯底ITO (納米銦錫金屬氧化物，Indium Tin Oxides，簡稱ITO)玻璃襯底或金襯底，以便于作為底電極；或者以硅基材料作為襯底，則可以很好的與現(xiàn)有的硅工藝實現(xiàn)光電集成而無需引入新的材料體系；
(2)在生長好的CdS納米棒陣列上面先甩一層PMMA膜作為絕緣層，然后再用氧等離子刻蝕使其CdS納米棒的頂部露出；ΡΜΜΑ層的厚度要與CdS納米棒的高度一致，大約為200nm
(3)在露出的CdS納米棒陣列表面蒸鍍納米金；納米金尺寸為20-100nm ；
(4)在納米金表面蒸鍍一層透明導(dǎo)電的ITO作為頂電極，便于電信號的收集；
(5)把探針分別置于頂層ITO和基底ITO即可以對近紅外光進行電信號的測量。本發(fā)明的原理說明如下本發(fā)明的探測器結(jié)構(gòu)是一個金屬與半導(dǎo)體形成的肖特基二極管的二維垂直陣列，工作時，光子能量低于禁帶寬度的入射光在金屬表面(納米金2)激發(fā)表面等離激元，隨后等離激元非輻射衰變激發(fā)金屬束縛態(tài)的電子，產(chǎn)生高能的電子-空穴對，激發(fā)電子就有一定幾率躍過金屬-半導(dǎo)體界面處的肖特基勢壘到達半導(dǎo)體另一側(cè)，從而產(chǎn)生了可探測的電流信號，并可進行探測波長的選擇。幾率由入射光子能量和金屬-半導(dǎo)體界面處的肖特基勢壘高度及偏置電勢所調(diào)控。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(1)結(jié)構(gòu)簡單、操作便利；(2)對襯底的選擇寬泛，幾乎可以在任何襯底上制作；(3)無需制冷，應(yīng)用前景廣闊。


圖I是本發(fā)明器件結(jié)構(gòu)示意 其中待檢測的近紅外光-1，納米金-2，頂層IT0-3，基底IT0-4，CdS納米棒陣列_5。
具體實施例方式實施例I
如圖I所示，一種探測光子能量低于禁帶寬度的近紅外光的探測器結(jié)構(gòu)；
(1)在ITO襯底合成CdS納米棒陣列(參考文獻為J.Phys. Chem. C 2008，112，13457 - 13462);具體合成過程是用于制備硫化鎘納米棒陣列的溶液包含Immol硝酸鎘、3mmol硫脲、O. 6mmol谷胱甘肽，40ml的超純水作為溶劑，所有的化學(xué)試劑都是分析級的，不需要進一步處理。典型的實驗過程如下將清洗過的ITO玻璃(大小約為3. 5cmX3. 5cm)或 者ITO金襯底垂直放入容積為50ml的高壓反應(yīng)釜，擰緊反應(yīng)釜使其密封并將其放入200°C的烘箱，3. 5小時后取出反應(yīng)釜，自然冷卻到室溫，打開反應(yīng)釜取出導(dǎo)電玻璃，用超純水漂洗后自然晾干；
(2)在CdS納米棒陣列表面滴加4%的PMMA溶液；然后4000轉(zhuǎn)/分鐘甩膜60秒，隨后用氧等離子體刻蝕，條件為IOsccm氧氣流量，20w的功率，處理60秒；
(3)熱蒸鍍納米金(蒸鍍儀由沈陽慧宇真空技術(shù)有限公司與南京大學(xué)聯(lián)合研制的，真空度可達IXl(T4Pa)，納米金尺寸為20-100 nm，市售獲得；
(4)蒸鍍頂層ITO3 (臺灣AST公司PEVA-450I電子束蒸發(fā)蒸鍍儀，本地真空4X10—6Torr)，襯底區(qū)溫度220°C，蒸發(fā)速率lA/S，蒸發(fā)時間為50分鐘；
(5)用安捷倫4156CI-V測試儀即可收集器件的電流信號。實施例2
(1)在硅基襯底合成CdS納米棒陣列；具體合成過程是用于制備硫化鎘納米棒陣列的溶液包含Immol硝酸鎘、3mmol硫脲、O. 6mmol谷胱甘肽,40ml的超純水作為溶劑,所有的化學(xué)試劑都是分析級的，不需要進一步處理。典型的實驗過程如下將清洗過的η型硅片(市售獲得，大小約為3. 5cmX 3cm)垂直放入容積為50ml的高壓反應(yīng)釜，擰緊反應(yīng)釜使其密封并將其放入200°C的烘箱，3. 5小時后取出反應(yīng)釜，自然冷卻到室溫，打開反應(yīng)釜取出硅片，用超純水漂洗后自然晾干；
(2)在CdS納米棒陣列表面滴加4%的PMMA溶液；然后4000轉(zhuǎn)/分鐘甩膜60秒，隨后用氧等離子體刻蝕，條件為IOsccm氧氣流量，30w的功率，處理40秒；
(3)熱蒸鍍納米金(蒸鍍儀由沈陽慧宇真空技術(shù)有限公司與南京大學(xué)聯(lián)合研制的，真空度可達IXl(T4Pa)，納米金尺寸為20-100 nm，市售獲得；
(4)蒸鍍頂層ITO3 (臺灣AST公司PEVA-450I電子束蒸發(fā)蒸鍍儀，本地真空4X10—6Torr)，襯底區(qū)溫度220°C，蒸發(fā)速率lA/S，蒸發(fā)時間為60分鐘；
(5)用安捷倫4156CI-V測試儀即可收集器件的電流信號。
權(quán)利要求
1.探測光子能量低于禁帶寬度的近紅外光的探測器的制備方法，其特征在于包括以下步驟 (1)在襯底表面合成CdS納米棒陣列； (2)在生長好的CdS納米棒陣列上面先甩一層PMMA膜作為絕緣層，然后再用氧等離子刻蝕使其CdS納米棒的頂部露出； (3)在露出的CdS納米棒陣列表面蒸鍍納米金； (4)在納米金表面蒸鍍一層透明導(dǎo)電的ITO作為頂電極，便于電信號的收集； (5)把探針分別置于頂層ITO和基底ITO即可以對近紅外光進行電信號的測量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的探測光子能量低于禁帶寬度的近紅外光的探測器的制備方法，其特征在于步驟(I)的襯底采用導(dǎo)電襯底ITO玻璃襯底或金襯底或者以硅基材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的探測光子能量低于禁帶寬度的近紅外光的探測器的制備方法，其特征在于步驟(2)的PMMA層的厚度要與CdS納米棒的高度一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的探測光子能量低于禁帶寬度的近紅外光的探測器的制備方法，其特征在于步驟(4)的納米金尺寸為20-100 nm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可以探測光子能量低于禁帶寬度的近紅外光的探測器結(jié)構(gòu)的制備方法，首先在ITO襯底表面生長CdS納米棒陣列；其次在CdS納米棒陣列蒸鍍納米金；然后在納米金表面蒸鍍一層ITO作為頂電極；最后將金屬材料在納米尺度下獨有的表面等離激元非輻射衰變時光生電效應(yīng)及顆粒之間的近場耦合增強效應(yīng)應(yīng)用于近紅外光的高效探測。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、操作便利，能夠?qū)崿F(xiàn)對入射光波長的選擇性探測，無需制冷，應(yīng)用前景廣闊。
文檔編號H01L31/18GK102810601SQ20121029518
公開日2012年12月5日 申請日期2012年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月17日
發(fā)明者晏善成, 胡棟, 周旻旻, 吳建盛, 王俊, 戴修斌, 徐欣 申請人:南京郵電大學(xué)