本發(fā)明涉及紫外光電探測器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種非平面紫外光電探測器。

背景技術(shù)：

紫外光電探測器已被廣泛應(yīng)用到火焰檢測、固體燃料成分分析、環(huán)境污染監(jiān)測、dna測試、導(dǎo)彈跟蹤、火箭發(fā)射、紫外通信及輻射測量等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的紫外光電探測器通常為光電倍增管，它可以將及其微弱的紫外光轉(zhuǎn)換成電信號，而這個轉(zhuǎn)換過程需要在真空管中完成。由于真空管體積大，易碎，而且電子要在高電壓下才能被加速發(fā)射，這使其不能夠完全滿足小型低耗的要求，因此嚴重限制了其在許多方面的應(yīng)用。相比而言，半導(dǎo)體光電探測器不僅具有緊湊堅固的結(jié)構(gòu)，高量子效率，低驅(qū)動電壓，而且許多材料在高溫等苛刻環(huán)境中能穩(wěn)定工作。第一代半導(dǎo)體硅以及第二代化合物半導(dǎo)體砷化鎵，磷化銦等材料由于具有禁帶寬度小，器件截止波長大，最高工作溫度低等因素使得器件的特性及使用存在很大局限性，無法滿足更加廣泛的應(yīng)用。第三代寬帶隙半導(dǎo)體材料主要包括碳化硅，氮化鎵，氧化鋅和金剛石等，同第一、二代電子材料相比，具有禁帶寬度大，載流子漂移飽和速度高，介電常數(shù)小，導(dǎo)熱性能好等特點，適合于制作抗輻射，高頻，大功率和高密度集成的電子器件，利用其特有的寬禁帶可以制作紫外光電探測器。然而，這些材料由于光響應(yīng)電流小導(dǎo)致截至比不高，靈敏度低，限制了它們更加廣泛的應(yīng)用。紫外光電探測器的性能受到多方面因素的影響，要制備性能優(yōu)越的紫外光電探測器可以從以下幾個方面入手：1.寬禁帶半導(dǎo)體材料的生長技術(shù)；2.寬禁帶半導(dǎo)體紫外光電探測器的關(guān)鍵工藝技術(shù)；3.探測器結(jié)構(gòu)的設(shè)計和優(yōu)化。隨著人們對寬禁帶材料的關(guān)注，其生長和工藝技術(shù)獲得極大改進，高質(zhì)量材料和高精度光刻工藝得以實現(xiàn)。通過優(yōu)化探測器結(jié)構(gòu)的設(shè)計提高器件性能卻仍有很大的提升空間。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種微透鏡及其陣列的集成非平面紫外光電探測器，以提高紫外光電探測器的光響應(yīng)能力。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種微透鏡及其陣列的集成非平面紫外光電探測器，包括金屬電極、微透鏡陣列及半導(dǎo)體材料基底；微透鏡陣列直接制備于半導(dǎo)體材料基底上；金屬電極對稱地制作在微透鏡陣列中每一個微透鏡的兩邊緣上使得微透鏡中間球面部分作為光照區(qū)域，邊緣部分被金屬電極覆蓋。

進一步的，微透鏡是凸透鏡。

進一步的，微透鏡外形是圓形或多邊形，微透鏡陣列的陣列排列方式為密排六方、四方或單列排列。

進一步的，微透鏡陣列中微透鏡為單個微透鏡或者多個微透鏡陣列。

進一步的，微透鏡陣列中微透鏡的大小相同或不同。

進一步的，金屬電極對稱地覆蓋在微透鏡邊緣，金屬電極在微透鏡邊沿部分是沿著微透鏡曲線邊緣或沿直線覆蓋部分微透鏡邊緣。

進一步的，金屬電極的寬度和間距根據(jù)微透鏡尺寸以及陣列的排列方式確定，使每列微透鏡和電極的位置都等效對稱。

進一步的，金屬電極為叉指結(jié)構(gòu)電極。

進一步的，微透鏡陣列中微透鏡之間間距在0.1-10μm；微透鏡的直徑在0.5-500μm。

進一步的，半導(dǎo)體材料基底的材料是金剛石、iii族氮化物、碳化硅、硅或其他具有紫外光電響應(yīng)的半導(dǎo)體材料。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明使用微透鏡結(jié)構(gòu)增加光入射面積從而提高光的入射效率。同時，制備的微透鏡是凸透鏡，具有匯聚光束作用，從而使得在表面的入射光密度增加，提高了光生載流子密度和器件的光增益系數(shù)。另外，由于微透鏡相對于平面結(jié)構(gòu)是一種三維結(jié)構(gòu)，在其邊緣制備得到的電極也不同于平面電極。這種非平面電極之間具有一定角度，增加了電極之間的靜電力，從而提高了電極捕獲載流子的能力，能夠有效提高紫外光電探測器的光響應(yīng)能力。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種微透鏡及其陣列的集成非平面紫外光電探測器的結(jié)構(gòu)切面示意圖；

圖2是微透鏡陣列的集成非平面紫外光電探測器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是在20v偏壓下實施例1中方法制備得到的微透鏡陣列的集成非平面金剛石紫外光電探測器與傳統(tǒng)平面金剛石紫外光電探測器光響應(yīng)度比較圖。

其中，1.金屬電極；2.微透鏡；3.半導(dǎo)體材料基底。

具體實施方式

請參閱圖1所示，本發(fā)明一種微透鏡及其陣列的集成非平面紫外光電探測器，包括金屬電極1、微透鏡陣列和半導(dǎo)體材料基底3。

半導(dǎo)體材料基底3上設(shè)有由若干微透鏡2形成的微透鏡陣列；金屬電極1對稱地制作在每一個微透鏡2的兩邊緣上使得微透鏡2中間球面部分作為光照區(qū)域，邊緣部分被金屬電極1覆蓋。

微透鏡陣列中，微透鏡2可以是單個的，可以是整齊排列的，也可以是不規(guī)則排列的。

微透鏡2是凸透鏡，其外形是圓形，正方形，六角形等，陣列排列方式為密排六方、四方或單列排列。

微透鏡2的大小可以是均一的，也可以是不均一的。

金屬電極1對稱地覆蓋在微透鏡2邊緣，金屬電極1在微透鏡2邊沿部分可以是沿著微透鏡2曲線邊緣，或沿直線覆蓋部分邊緣的方式。

金屬電極1的寬度和間距根據(jù)微透鏡2尺寸以及陣列的排列方式而定，保證每列微透鏡2和金屬電極1的位置都等效對稱。

實施例1：

通過回流方法和干法刻蝕在金剛石襯底上制備排列方式為密排六方的微透鏡陣列，每個微透鏡2為圓形凸透鏡，直徑約為15μm，間距1μm；

通過光刻和磁控濺射技術(shù)，在微透鏡陣列上制備叉指結(jié)構(gòu)鎢電極，鎢電極對稱地制作在每一個微透鏡2的兩邊緣上使得微透鏡2中間球面部分作為光照區(qū)域，邊緣部分被鎢電極覆蓋；電極寬度6.5μm，間距7.5μm，從而獲得微透鏡陣列的集成非平面紫外光電探測器。請參閱圖3所示，在20v偏壓下實施例1中方法制備得到的微透鏡陣列的集成非平面金剛石紫外光電探測器與傳統(tǒng)平面金剛石紫外光電探測器光響應(yīng)度比較；從圖中可看出前者的響應(yīng)度在紫外波段均高于傳統(tǒng)平面金剛石紫外光電探測器。

實施例2：

利用mocvd在藍寶石襯底上生長一層10μm厚的algan薄膜作為半導(dǎo)體材料基底；

通過回流方法和干法刻蝕在半導(dǎo)體材料基底表面制備排列方式為四方排列的微透鏡陣列，每個微透鏡2為正方形凸透鏡的直徑為15μm，間距為1μm；

通過光刻和磁控濺射技術(shù)，在微透鏡陣列上制備叉指結(jié)構(gòu)鈦/鋁/金系電極，電極寬度7.5μm，間距6.5μm，進行快速退火獲得微透鏡陣列的集成非平面紫外光電探測器。

實施例3：

通過回流方法和干法刻蝕在金剛石基底上制備排列方式為單列排列的微透鏡陣列，每個微透鏡2為六角形凸透鏡；直徑約為30μm，間距2μm；

通過光刻和磁控濺射技術(shù)，在微透鏡陣列上制備叉指結(jié)構(gòu)鈦金電極，電極寬度12μm，間距15μm，進行快速退火獲得微透鏡陣列的集成非平面紫外光電探測器。

本發(fā)明通過集成微透鏡及其陣列可以提高感光區(qū)面積，同時可以在半導(dǎo)體內(nèi)部將入射光匯聚而提高單位體積內(nèi)的光強，增加光生載流子密度以及光增益系數(shù)；這種非平面紫外光電探測器的電極結(jié)構(gòu)相比于傳統(tǒng)平面電極，具有更強的載流子捕獲能力。此外，本發(fā)明的紫外光電探測器的結(jié)構(gòu)簡單，易實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。