CN102810601A - 探测光子能量低于禁带宽度的近红外光的探测器的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可以探测光子能量低于禁带宽度的近红外光的探测器结构的制备方法，首先在ITO衬底表面生长CdS纳米棒阵列；其次在CdS纳米棒阵列蒸镀纳米金；然后在纳米金表面蒸镀一层ITO作为顶电极；最后将金属材料在纳米尺度下独有的表面等离激元非辐射衰变时光生电效应及颗粒之间的近场耦合增强效应应用于近红外光的高效探测。本发明结构简单、操作便利，能够实现对入射光波长的选择性探测，无需制冷，应用前景广阔。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种可以探测光子能量低于禁带宽度的近红外光的器件结构，属于纳米光探测材料与器件领域。
背景技术
自Ebbesen等人发现了关于金属薄膜微孔阵列远场透射增强的(Ebbesen现象)著名现象以来，国际上对表面等离激元的研究产生了极大的兴趣，相关研究一直是国际上的前沿研究方向，表面等离激元学已经形成一个新的学科热点。其中，利用表面等离激元独特的光学性质设计与制作光探测器件是一个关注的研究方向。目前在红外光电探测领域，应用较多的器件结构是半导体-半导体结，所探测的红外光子能量要求大于半导体的禁带宽度，这对光电探测器材料的能带调控提出了极高的要求。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种探测光子能量低于禁带宽度的近红外光的探测器结构，结构简单、操作便利，能够实现对入射光波长的选择性探测，无需制冷，应用前景广阔。
技术方案：一种探测光子能量低于禁带宽度的近红外光的探测器结构，制备过程如下：
(1) 在衬底表面合成CdS纳米棒阵列；衬底采用导电衬底ITO（纳米铟锡金属氧化物，Indium Tin Oxides，简称ITO）玻璃衬底或金衬底，以便于作为底电极；或者以硅基材料作为衬底，则可以很好的与现有的硅工艺实现光电集成而无需引入新的材料体系；
（2）在生长好的CdS纳米棒阵列上面先甩一层PMMA膜作为绝缘层，然后再用氧等离子刻蚀使其CdS纳米棒的顶部露出；PMMA层的厚度要与CdS纳米棒的高度一致，大约为200nm
（3）在露出的CdS纳米棒阵列表面蒸镀纳米金；纳米金尺寸为20-100 nm；
（4）在纳米金表面蒸镀一层透明导电的ITO作为顶电极，便于电信号的收集；
（5）把探针分别置于顶层ITO和基底ITO即可以对近红外光进行电信号的测量。
本发明的原理说明如下：本发明的探测器结构是一个金属与半导体形成的肖特基二极管的二维垂直阵列，工作时，光子能量低于禁带宽度的入射光在金属表面(纳米金2)激发表面等离激元，随后等离激元非辐射衰变激发金属束缚态的电子，产生高能的电子-空穴对，激发电子就有一定几率跃过金属-半导体界面处的肖特基势垒到达半导体另一侧，从而产生了可探测的电流信号，并可进行探测波长的选择。几率由入射光子能量和金属-半导体界面处的肖特基势垒高度及偏置电势所调控。
本发明具有以下优点：（1）结构简单、操作便利；（2）对衬底的选择宽泛，几乎可以在任何衬底上制作；（3）无需制冷，应用前景广阔。
附图说明
图1是本发明器件结构示意图；
其中：待检测的近红外光-1，纳米金-2，顶层ITO-3，基底ITO-4，CdS纳米棒阵列-5。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种探测光子能量低于禁带宽度的近红外光的探测器结构；
(1) 在ITO衬底合成CdS纳米棒阵列（参考文献为J. Phys. Chem. C 2008, 112,
13457–13462）；具体合成过程是：用于制备硫化镉纳米棒阵列的溶液包含1mmol硝酸镉、3mmol硫脲、0.6mmol谷胱甘肽，40ml的超纯水作为溶剂，所有的化学试剂都是分析级的，不需要进一步处理。典型的实验过程如下：将清洗过的ITO玻璃(大小约为3.5cm×3.5cm)或者ITO金衬底垂直放入容积为50ml的高压反应釜，拧紧反应釜使其密封并将其放入200℃的烘箱，3.5小时后取出反应釜，自然冷却到室温，打开反应釜取出导电玻璃，用超纯水漂洗后自然晾干；
(2) 在CdS纳米棒阵列表面滴加4%的PMMA溶液；然后4000转/分钟甩膜60秒，随后用氧等离子体刻蚀，条件为10sccm氧气流量,20w的功率，处理60秒；
(3) 热蒸镀纳米金（蒸镀仪由沈阳慧宇真空技术有限公司与南京大学联合研制的，真空度可达1×10-4Pa）,纳米金尺寸为20-100 nm，市售获得；
(4)蒸镀顶层ITO 3（台湾AST公司 PEVA-450I电子束蒸发蒸镀仪，本地真空 4×10-6 Torr），衬底区温度220℃，蒸发速率 1Å/S,蒸发时间为50分钟；
(5)用安捷伦4156C I-V测试仪即可收集器件的电流信号。
实施例2
(1) 在硅基衬底合成CdS纳米棒阵列；具体合成过程是：用于制备硫化镉纳米棒阵列的溶液包含1mmol硝酸镉、3mmol硫脲、0.6mmol谷胱甘肽，40ml的超纯水作为溶剂，所有的化学试剂都是分析级的，不需要进一步处理。典型的实验过程如下：将清洗过的n型硅片(市售获得，大小约为3.5cm×3cm)垂直放入容积为50ml的高压反应釜，拧紧反应釜使其密封并将其放入200℃的烘箱，3.5小时后取出反应釜，自然冷却到室温，打开反应釜取出硅片，用超纯水漂洗后自然晾干；
(2) 在CdS纳米棒阵列表面滴加4%的PMMA溶液；然后4000转/分钟甩膜60秒，随后用氧等离子体刻蚀，条件为10sccm氧气流量,30w的功率，处理40秒；
(3) 热蒸镀纳米金（蒸镀仪由沈阳慧宇真空技术有限公司与南京大学联合研制的，真空度可达1×10-4Pa）,纳米金尺寸为20-100 nm，市售获得；
(4)蒸镀顶层ITO 3（台湾AST公司 PEVA-450I电子束蒸发蒸镀仪，本地真空 4×10-6 Torr），衬底区温度220℃，蒸发速率 1Å/S,蒸发时间为60分钟；
(5)用安捷伦4156C I-V测试仪即可收集器件的电流信号。
Claims (4)
1.探测光子能量低于禁带宽度的近红外光的探测器的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）在衬底表面合成CdS纳米棒阵列；
（2）在生长好的CdS纳米棒阵列上面先甩一层PMMA膜作为绝缘层，然后再用氧等离子刻蚀使其CdS纳米棒的顶部露出；
（3）在露出的CdS纳米棒阵列表面蒸镀纳米金；
（4）在纳米金表面蒸镀一层透明导电的ITO作为顶电极，便于电信号的收集；
（5）把探针分别置于顶层ITO和基底ITO即可以对近红外光进行电信号的测量。
2.根据权利要求1所述的探测光子能量低于禁带宽度的近红外光的探测器的制备方法，其特征在于步骤（1）的衬底采用导电衬底ITO玻璃衬底或金衬底或者以硅基材料。
3.根据权利要求1所述的探测光子能量低于禁带宽度的近红外光的探测器的制备方法，其特征在于步骤（2）的PMMA层的厚度要与CdS纳米棒的高度一致。
4.根据权利要求1所述的探测光子能量低于禁带宽度的近红外光的探测器的制备方法，其特征在于步骤（4）的纳米金尺寸为20-100 nm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C04 | Withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20121205 |