一种自支撑高增益柔性硅基光电探测器的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110690322A(43)申请公布日2020.01.14(21)申请号201910939440.6(22)申请日2019.09.30(71)申请人南开大学地址300071天津市南开区卫津路94号南开大学物理科学学院(72)发明人吴强孙玉琪进晓荣贾子熙黄松李志轩张春玲姚江宏许京军(51)Int.Cl.H01L31/18(2006.01)H01L31/028(2006.01)H01L31/0288(2006.01)H01L31/09(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图1页(54)发明名称一种自支撑高增益柔性硅基光电探测器的制备方法(57)摘要本发明涉及一种自支撑高增益柔性硅基光电探测器的制备方法，通过化学腐蚀对单晶硅进行减薄使之具有柔韧性，并在柔性单晶硅表面制备具有准周期微锥结构的过饱和掺杂层，以此形成柔性黑硅。再经过退火处理激活黑硅层中的掺杂元素，极大提高了柔性单晶硅的吸收率并拓展了其光谱吸收范围。该柔性硅基光电探测器工作在反偏电压下，吸收光子产生光生电子-空穴对，在外电场作用下分离，最终被电极收集后形成光电流，从而实现了光探测。本发明具有工艺简单，原材料易获取，易操控等优点，本发明所制备的柔性硅基光电探测器一方面实现了自支撑，另一方面实现了低偏压下高增益及宽谱的特性，并克服了有机柔性光电探测器响应时间较长的缺点。CN110690322ACN110690322A权利要求书1/2页1.一种自支撑高增益柔性硅基光电探测器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：选取单晶硅片，并对所选硅片进行预处理；步骤2：采用一定浓度的氢氧化钾(KOH)溶液在加热条件下对单晶硅片进行化学腐蚀以达到减薄的目的，使之具有柔韧性，即所谓的柔性单晶硅；步骤3：采取相应工艺对腐蚀后的柔性单晶硅进行清洗；步骤4：选取某一厚度的柔性单晶硅，通过飞秒激光在特定气氛中辐照柔性单晶硅表面制备过饱和掺杂层，即获得柔性黑硅；步骤5：对制备好的柔性黑硅材料进行退火处理，激活过饱和掺杂黑硅层中的杂质原子，并修复晶格，去除结构缺陷；步骤6：在过饱和掺杂黑硅层表面上制备一正面接触电极，电极面积占黑硅层面积的1/9-1/3；步骤7：在柔性单晶硅衬底背面制备一背面接触电极，覆盖整个单晶硅衬底背面，至此完成自支撑柔性硅基光电探测器的制备；其中所述的高增益柔性硅基光电探测器的响应波段为400nm-1200nm，在-2V偏压下响应度为0.8A/W-63A/W，其中峰值波长出现在840nm-900nm，峰值响应度为63A/W；在-2V偏压下的上升和下降时分别为68μs和172μs。在其中各数学符号的具体含义为：nm：纳米，V：伏特，A/W：安培/瓦特，μs：微秒。2.根据权利要求1所述自支撑柔性硅基光电探测器的制备方法，其特征在于，步骤1所述预处理工艺为：(a)将单晶硅片切成一定尺寸的方块，依次用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗10分钟；(b)将超声后的硅片放入5％的氢氟酸溶液中浸泡2分钟；(c)把浸泡后的硅片放浓硫酸和双氧水混合溶液中进行亲水性处理，浓硫酸和双氧水的体积比为7∶3，加热至100℃-130℃区间内，保持20分钟；(d)取出后用氮气流吹干，其中，在步骤(a)、(b)、(c)、(d)之间都需先用去离子水冲洗硅片。3.根据权利要求1所述自支撑柔性硅基光电探测器的制备方法，其特征在于，步骤2所述氢氧化钾浓度为30％-50％，所述加热温度为80-100℃，所述柔性单晶硅的厚度为10μm-50μm(微米)。4.根据权利要求1所述自支撑柔性硅基光电探测器的制备方法，其特征在于，步骤3所述相应工艺的清洗步骤为：(a)用浓度为5％的稀盐酸将腐蚀后的硅片浸泡1小时，以去除残留的氢氧化钾；(b)用浓度为10％的氢氟酸再将其浸泡10分钟，去除反应生成的硅酸；(c)最后把柔性硅浸入浓盐酸、双氧水和去离子水混合溶液中，浓盐酸、双氧水和去离子水的体积比为1∶2∶7，并在80℃下水浴30分钟，去除钾、钠等金属污染；(d)将清洗后的硅片放入去离子水中存储备用，其中，在步骤(a)、(b)、(c)、(d)之间都需先用去离子水冲洗柔性硅片。5.根据权利要求1所述自支撑柔性硅基光电探测器的制备方法，其特征在于，步骤4中所述的飞秒激光辐照制备过饱和掺杂黑硅层的具体步骤如下：(1)将清洗过的柔性硅固定在样品架上，并靠圆形磁铁的吸力固定在真空腔内的三维平移台上，在平移台的驱动下，样品在垂直于入射激光的平面上作二维运动，运动的范围取决于样品台与平移台之间的连接杆的可移动范围，移动的速度取决于平移台的设置，以此来制备大面积的黑硅层；(2)抽真空，真空度为10°-10-5Pa，然后，充入小于1个标准大气压的特定气体，如六氟化2CN11069