【技術實現步驟摘要】
本專利技術特別涉及一種基于alscn的寬光譜光電探測器，屬于光電探測。
技術介紹
1、光電探測器（pds）是一類將光轉換為電信號（通常為電流或電壓形式）的傳感器。如今，光電探測器已經廣泛應用于航天、航空、軍事、科學研究、醫藥衛生和工業生產等各個領域中。例如：光電探測器是光通信系統中的重要組成部分，信息時代的蓬勃發展對光電探測器在成本及響應速度上提出越來越高的要求。具有弱光檢測能力（如單光子探測）的光電探測器在天文學、光譜學、激光測距、導彈制導等領域具有重要應用價值。此外，光電探測器還可與人工智能結合，使機器具有類人的五官和大腦功能，可感知各種現象，完成各種動作，作為感受器的光電探測器可以說是整個系統中最為關鍵的部分。為了滿足不同領域的應用需求，人們研發了p-n結光電二極管、pin光電二極管、雪崩光電二極管、金屬-半導體-金屬光電探測器（msm-pds）等不同結構的光電探測器，其中金屬-半導體-金屬光電探測器（msm-pds）器件制作工藝簡單，并且由于自身結構特點具有高速、高響應等特性。光電器件的性能通過一系列品質因數來評估，包括響應率、響應速度、探測率、量子效率和噪聲，這些品質因數主要取決于器件結構，但更多取決于半導體光電材料。
2、傳統的金屬-半導體-金屬光電探測器（msm-pds）光電探測器類型根據工作原理的不同可分為光伏型和光電導型。光伏探測器是利用半導體pn結的光伏效應制成的器件，也稱為結型光電器件，其品種很多，包括光電池、光電二極管、光電晶體管等。這類探測器在紫外、可見光、近紅外、中波紅和遠紅外這些光學波段
3、光伏探測器和光電導探測器的主要區別在于它們產生光電變換的部位、極性、外加偏壓需求、響應速度和頻響響應特性。產生光電變換的部位不同：光電導探測器是均值型，無論光照在它的哪一部分，受光部分的電導率都要增大；而光伏探測器是結型，只有到達結區附近的光才產生光伏效應。極性不同：光電導探測器沒有極性，工作時必須外加偏壓；光伏探測器有確定的正負極，不需外加偏壓也可以把光信號變為電信號。響應速度和頻響響應特性不同：光電導探測器的光電效應主要依賴于非平衡載流子中的多子產生與復合運動，弛豫時間較大，因此響應速度慢，頻率響應性能較差；而光伏探測器的光伏效應主要依賴于結區非平衡載流子中的少子漂移運動，弛豫時間較小，因此響應速度快，頻響響應特性好。
4、通常的金屬-半導體-金屬光電探測器（msm-pds）以半導體作為光吸收層，當入射光子能量低于半導體材料帶隙時，半導體材料不能產生本征激發，這限制了一些較寬帶隙或寬帶隙半導體材料在可見和紅外波段探測領域的應用。利用金屬熱載流子發射機制可以突破這一限制，尤其是近年來具有超表面結構的完美吸收器的出現使寬帶隙半導體材料實現寬光譜光電探測成為可能。所述完美吸收器是一種可將入射電磁波完全吸收而不發生反射和透射的器件，它是一種垂直型的金屬-電介質-金屬結構，其頂部金屬是一種超表面結構，用來高效激發等離激元，使入射光在金屬結構周圍被高效捕獲，這種垂直型特殊結構不僅比平直型器件能產生更多的熱載流子，并且可以通過設計超表面結構達到選擇性吸收入射光。
5、近年來隨著科學技術的不斷進步，對器件微型化和電子集成化的需求越來越迫切，人們對光電探測技術要求越來越高，而新興材料的大量涌現使光電探測器在性能上得到了迅猛發展。其中，鐵電材料因其響應性強、極化可調、結構簡單等優點而受到關注。鐵電材料通常是指具有鐵電效應的晶體材料或有機材料，當鐵電材料受到電場作用后，自發極化偶極矩能隨外施電場的方向而改變，當施加電場大于一定值時，再撤去電場后，材料內部的極化電荷仍會被保留，形成一個可恢復、持久的電偶極矩，這種現象叫鐵電效應。在一些鐵電材料中，人們發現其沿著極化的方向能產生穩定的光伏效應。一般認為，鐵電材料的光伏效應起源于其自發極化，鐵電光伏的顯著特點之一就是當極化方向在電場作用下轉變的時候，光生電流也隨之發生轉變，而且在鐵電材料內部光生電流的方向始終與極化方向相反。
6、鐵電光伏效應與傳統的?p-n?結所不同的是：在傳統的?p-n?結中，光激發的電子空穴對被?p-n?結中的內建場迅速分離，向相反的方向作漂移運動，最后到達電極，然后被電極收集起來。理論上，p-n?結所產生的光生電壓受到半導體帶隙寬度的限制，對于鐵電光伏效應而言，實驗上得到的光生電壓正比于極化強度以及電極之間的距離，而不受帶隙寬度的限制可以達到?104?v。當鐵電材料與電極接觸形成肖特基勢壘時，界面處能帶將會彎曲，光照下產生的電子空穴對將被電極附近局部電場驅動，產生的光電流很大程度是由肖特基勢壘和耗盡層的深度決定。根據這一模型，在肖特基勢壘內部所產生光生電壓的大小依然局限于鐵電材料的帶隙，在研究鐵電光伏效應的早期階段肖特基效應所引起的電壓常被忽略，是因為它遠遠低于大部分鐵電晶體中的反常光生電壓。但肖特基效應在鐵電薄膜光伏型器件中變得越來越重要，因為這些器件中的光伏電壓輸出通常比較小。
7、一般來說，由相同電極與鐵電材料構成的具有三明治結構的鐵電光伏器件中，肖特基勢壘產生光電流的貢獻是不存在的，因為由上下兩個相同的電極與鐵電材料所構成的兩個肖特基結是背靠背的，相互遏制，因此所產生的光生電壓和電流相抵消。然而，若采用不同類型的電極，可以實現具有垂直結構的鐵電光伏器件中光伏效應的增強。由于肖特基結效應與鐵電材料的極化方向無關，根據這一特點就可以區分肖特基結和體光伏效應對光電流的貢獻。然而一些研究者認為，肖特基勢壘的高度可以通過對鐵電材料施加電場改變其極化方向來進行調控。并且，當肖特基勢壘和鐵電材料的極化方向發生轉變的時候，光生電壓的符號也隨之發生轉變。
8、目前，鐵電體經常被引入到能量收集、非易失性存儲器和邏輯器件中。在光電探測領域，將鐵電體集成到器件中，以增強光-物質相互作用、能帶彎曲和控制局部空間中的載流子運動，甚至在一些情況下，我們無需加載外置偏壓，僅依賴鐵電材料的內建電場便可實現激子和自由電子或空穴的分離，即具有自供電效應。一些鐵電體在輸入(如偏振光吸收率)和輸出(如不同晶相的遷移率和電導率)方面表現出很大的各向異性，更重要的是，鐵電極化效應誘導的局域場可以抑制光生載流子的復合，提高收集效率。過去，對鐵電材料的研究主要集中在傳統的塊狀鈣鈦礦材料上。然而，由于傳統鐵電材料的臨界尺寸效應，鐵電極化會在納米尺度上被打破，這阻礙了鐵電材料在微納器件中的應用，同時鈣鈦礦鐵電材料的穩定性與器件可靠性也存在不可忽視的問題。因此，我們期待一種具有光伏響應的穩定且易于微型化集成的半導體鐵電材料。
9、為了適應不同領本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于AlScN的寬光譜光電探測器，其特征在于，包括：AlScN光吸收層以及底電極、頂電極，所述底電極設置在所述AlScN光吸收層的第一面，所述底電極與所述AlScN光吸收層形成肖特基接觸，所述頂電極設置在所述AlScN光吸收層的第二面，所述頂電極與所述AlScN光吸收層形成歐姆接觸，所述AlScN光吸收層內部的內建電場可以幫助或抑制載流子的漂移運動，而使所述寬光譜光電探測器可以在無外置偏壓情況下工作，其中，所述第一面和所述第二面背對設置。
2.根據權利要求1所述基于AlScN的寬光譜光電探測器，其特征在于：
3.根據權利要求1或2所述基于AlScN的寬光譜光電探測器，其特征在于：所述AlScN光吸收層所含AlScN中的Sc含量為5%~40%；
4.?根據權利要求3所述基于AlScN的寬光譜光電探測器，其特征在于：所述AlScN光吸收層的禁帶寬度為3.4?eV?~5.8eV。
5.根據權利要求1或2所述基于AlScN的寬光譜光電探測器，其特征在于：所述AlScN光吸收層的厚度為20nm~200nm。
6.根據權利要
7.根據權利要求6所述基于AlScN的寬光譜光電探測器，其特征在于：所述頂電極背對所述AlScN光吸收層的表面具有陳列分布的多個圓形槽孔。
8.根據權利要求1或6所述基于AlScN的寬光譜光電探測器，其特征在于：所述頂電極的材質包括In、Mo、Pt、Au、Cu、Al、Ag中的至少一種或由兩者以上形成的合金。
9.根據權利要求1所述基于AlScN的寬光譜光電探測器，其特征在于：所述底電極為平面薄膜結構；
10.根據權利要求1所述基于AlScN的寬光譜光電探測器，其特征在于，還包括：基底，所述底電極設置在所述基底上；
...【技術特征摘要】
1.一種基于alscn的寬光譜光電探測器，其特征在于，包括：alscn光吸收層以及底電極、頂電極，所述底電極設置在所述alscn光吸收層的第一面，所述底電極與所述alscn光吸收層形成肖特基接觸，所述頂電極設置在所述alscn光吸收層的第二面，所述頂電極與所述alscn光吸收層形成歐姆接觸，所述alscn光吸收層內部的內建電場可以幫助或抑制載流子的漂移運動，而使所述寬光譜光電探測器可以在無外置偏壓情況下工作，其中，所述第一面和所述第二面背對設置。
2.根據權利要求1所述基于alscn的寬光譜光電探測器，其特征在于：
3.根據權利要求1或2所述基于alscn的寬光譜光電探測器，其特征在于：所述alscn光吸收層所含alscn中的sc含量為5%~40%；
4.?根據權利要求3所述基于alscn的寬光譜光電探測器，其特征在于：所述alscn光吸收層的禁帶寬度為3.4?ev?~5.8ev。
5.根據權利要求...
【專利技術屬性】
技術研發人員：蔣春萍，李鴻揚，
申請(專利權)人：中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所，
類型：發明
國別省市：
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