基于等离表面激元振荡的锑化铟中红外探测器及其制备

本发明涉及硅基光电子，尤其涉及一种基于等离表面激元振荡的硅基锑化铟中红外探测器及其制备。

背景技术：

1、中红外波段一般定义为波长在2-20μm的电磁波，在红外热成像、生物医学传感、自由空间光通信领域有着广泛应用，其中半导体中红外探测器因为其在探测率、响应速率方面的优势受到了广泛的关注。

2、将探测器和硅基电路结合可以有效地减小探测系统的体积、功耗，增加稳定性。基于化合物半导体的p-i-n探测器是最常用的中红外探测器类型，异质外延是实现中红外探测器和硅晶圆大规模集成的有效方案。

3、但由于异质外延过程中晶格失配、热失配的影响，探测器中锑化铟有源层的厚度会受到限制，难以充分吸收入射光，进而导致响应度下降，此外具有波长选择性红外探测器对于高集成度探测系统非常重要，因此亟需一种能够提高光响应度及吸收频率选择性的技术。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请提供一种基于等离表面激元振荡的锑化铟中红外探测器及其制备，解决中红外探测器响应度低及频率选择性差的问题。

2、为达到上述技术目的，本申请采用以下技术方案：

3、第一方面，本申请提供一种基于等离表面激元振荡的锑化铟中红外探测器，包括依次叠设的衬底层、缓冲层、p型掺杂锑化铟层、锑化铟本征层、n型掺杂锑化铟层、具有周期性纳米圆孔阵列凸起结构的贵金属层。

4、优选的，周期性纳米圆孔阵列凸起结构的周期为1.0-1.6μm。

5、优选的，周期性纳米圆孔阵列凸起结构的单孔直径为0.4-0.8μm。

6、优选的，周期性纳米圆孔阵列凸起结构的单孔高度为60-80nm。

7、优选的，缓冲层包括依次叠设的锗层及ⅲ-ⅴ化合物层，ⅲ-ⅴ化合物包括砷化镓、锑化镓、锑化铝中的一种或几种；衬底层为硅基片层。

8、优选的，贵金属包括金、银、铜、铝、铂中的一种或几种。

9、第二方面，本申请提供一种基于等离表面激元振荡的锑化铟中红外探测器的制备方法，包括以下步骤：

10、s1.利用异质外延生长工艺将锑化铟生长在具有缓冲层的基片表面，再进行p-i-n掺杂，得到面入射insb光探测器；

11、s2. 在面入射insb光探测器的表面旋涂光刻胶，并利用具有周期性纳米圆孔阵列的掩膜版光刻、而后曝光、显影固化，得模板化面入射insb光探测器；

12、s3.在模板化面入射insb光探测器表面沉积贵金属层，再去除光刻胶表面的贵金属及光刻胶，即得基于等离表面激元振荡的锑化铟中红外探测器。

13、优选的，步骤s1包括：

14、s11. 在硅基片表面依次生长锗层、ⅲ-ⅴ化合物层，得具有缓冲层的基片；

15、s12. 在sb气氛下，于ⅲ-ⅴ化合物层表面生长insb层，并同时进行p型和n型掺杂，依次得到ⅲ-ⅴ化合物层表面的p型掺杂锑化铟层、锑化铟本征层、n型掺杂锑化铟层；其中n型层掺杂浓度为5-10*1017cm-3，掺杂元素为si；p型层掺杂浓度为5-10*1017cm-3，掺杂元素为be。

16、优选的，p型掺杂锑化铟层及n型掺杂锑化铟层的厚度均为200-400nm。

17、第三方面，本申请提供一种基于等离表面激元振荡的锑化铟中红外探测器在3-6μm中红外光垂直照射下的应用。

18、本申请的有益效果如下：

19、本申请针对硅基中红外探测器光响应度低、选择性差的问题，利用锑化铟有源层表面设有的周期性纳米圆孔阵列凸起结构的贵金属层形成等离表面激元微纳结构，在不改变探测器结构的前提下，激发入射红外光与等离表面激元震荡产生fano共振，产生尖锐的不对称透射共振峰，从而增强中红外超表面探测器的响应度，并对探测器的频率选择性的大幅度提升，可以广泛适用于中红外光通信以及中红外光电混合芯片领域；

20、通过周期性纳米圆孔阵列凸起结构的周期、单孔孔径等参数的调整，实现谐振的峰值的位置及强度的调整，以实现频率的可选择性及所选定频率下的响应度的提高。

技术特征：

1.一种基于等离表面激元振荡的锑化铟中红外探测器，其特征在于，包括依次叠设的衬底层、缓冲层、p型掺杂锑化铟层、锑化铟本征层、n型掺杂锑化铟层、具有周期性纳米圆孔阵列凸起结构的贵金属层。

2.根据权利要求1所述的基于等离表面激元振荡的锑化铟中红外探测器，其特征在于，所述周期性纳米圆孔阵列凸起结构的周期为1.0-1.6μm。

3.根据权利要求1所述的基于等离表面激元振荡的锑化铟中红外探测器，其特征在于，所述周期性纳米圆孔阵列凸起结构的单孔直径为0.4-0.8μm。

4.根据权利要求1所述的基于等离表面激元振荡的锑化铟中红外探测器，其特征在于，所述周期性纳米圆孔阵列凸起结构的单孔高度为60-80nm。

5.根据权利要求1所述的基于等离表面激元振荡的锑化铟中红外探测器，其特征在于，所述缓冲层包括依次叠设的锗层及ⅲ-ⅴ化合物层，所述ⅲ-ⅴ化合物包括砷化镓、锑化镓、锑化铝中的一种或几种；所述衬底层为硅基片层。

6.根据权利要求1所述的基于等离表面激元振荡的锑化铟中红外探测器，其特征在于，所述贵金属包括金、银、铜、铝、铂中的一种或几种。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的基于等离表面激元振荡的锑化铟中红外探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的基于等离表面激元振荡的锑化铟中红外探测器的制备方法，其特征在于，步骤s1包括：

9.根据权利要求8所述的基于等离表面激元振荡的锑化铟中红外探测器的制备方法，其特征在于，所述p型掺杂锑化铟层及n型掺杂锑化铟层的厚度均为200-400nm。

10.一种如权利要求1-6任一项所述的基于等离表面激元振荡的锑化铟中红外探测器在3-6μm中红外光垂直照射下的应用。

技术总结
本发明公开一种基于等离表面激元振荡的锑化铟中红外探测器及其制备，包括依次叠设的衬底层、缓冲层、p型掺杂锑化铟层、锑化铟本征层、n型掺杂锑化铟层、具有周期性纳米圆孔阵列凸起结构的贵金属层，本申请利用周期性纳米圆孔阵列凸起结构激发入射红外光与等离表面激元震荡产生Fano共振，产生尖锐的不对称透射共振峰，从而增强中红外超表面探测器的灵敏度，从而达到对探测器的频率选择性的大幅度提升。

技术研发人员：贾博文,王晟屹,罗灏,葛华
受保护的技术使用者：武汉理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6