一種基于高電子遷移率晶體管的光譜探測器及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體光電信息技術領域，尤其涉及一種基于高電子迀移率晶體管的光譜探測器及其制備方法。
【背景技術】
[0002]探測器件廣泛應用在制導、偵察、預警、探測、跟蹤、全天候監視和夜視、武器瞄準、電力在線檢測、鐵路車輛軸溫探測、礦產資源勘探、地下礦井測溫和測氣、氣象預報地貌、環境監測等軍民領域，具有重要軍事及經濟意義。
[0003]目前光譜探測器的研宄已取得階段性進展，但是仍然面臨著很多困難，如缺少晶格匹配的襯底，使薄膜中存在大量缺陷等。傳統的光譜探測器的靈敏度很差，并且成本和體積夠很尚。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題提供一種具有高檢測靈敏度、低成本以及小體積的光譜探測器及其制備方法。
[0005]為解決上述技術問題，本發明公開了一種基于高電子迀移率晶體管的光譜探測器，所述光譜探測器包括高電子迀移率晶體管以及覆蓋于所述高電子迀移率晶體管的柵極金屬薄膜上的光電陰極薄膜。
[0006]優選地，所述光譜探測器還包括位于所述柵極金屬薄膜和所述光電陰極薄膜之間的鈦金屬層。
[0007]優選地，所述高電子迀移率晶體管包括第一半導體層、第二半導體層、漏區以及源區；
[0008]所述第二半導體層覆蓋于所述第一半導體層的上表面；所述源區和漏區分別位于所述第二半導體層的兩側、貫穿所述第二半導體層，并且均延伸入所述第一半導體層；所述柵極金屬薄膜設置于所述第二半導體層上的預定位置。
[0009]優選地，所述第一半導體層相對于第二半導體層為窄能隙半導體層。
[0010]優選地，所述第一半導體層為GaN層；所述第二半導體層為AlGaN層。
[0011]優選地，所述光電陰極薄膜的材料為碘銫光電陰極材料、銀氧銫光電陰極材料、碲銫光電陰極材料、鎂銫光電陰極材料或鉍銀氧光電陰極材料。
[0012]一種基于高電子迀移率晶體管的光譜探測器的制備方法，所述方法包括以下步驟:
[0013]S1、制備高電子迀移率晶體管的外延片、源區、漏區以及柵極金屬薄膜；
[0014]S2、在所述柵極金屬薄膜上制備光電陰極薄膜。
[0015]優選地，所述步驟SI具體包括以下步驟:
[0016]S11、制備包括第一半導體層和第二半導體層的外延片，其中第二半導體層覆蓋于所述第一半導體層的上表面；
[0017]S12、在所述第一半導體層的兩側分別制備源區和漏區，所述源區和漏區均貫穿所述第二半導體層，并且所述源區和漏區均延伸入所述第一半導體層；
[0018]S13、在所述第二半導體層的預定位置制備所述柵極金屬薄膜。
[0019]優選地，所述第一半導體層相對于第二半導體層為窄能隙半導體層。
[0020]優選地，所述步驟S2中，制備所述光電陰極薄膜之前還包括在所述柵極金屬薄膜上制備鈦金屬層，之后在所述鈦金屬層上制備所述光電陰極薄膜。
[0021]本發明的上述技術方案具有如下優點:本發明在柵極金屬薄膜上設置了光電陰極薄膜，在光輻射到光電陰極薄膜上時，光電陰極薄膜發生外光電效應，其表面電荷分布變化，使柵極電壓發生改變，導致第一半導體內部的二維電子氣產生或濃度發生變化，從而使高電子迀移率晶體管的溝道電流發生變化，使光波信號轉變為電信號，實現對光輻射的高靈敏度探測；本發明可通過改變高電子迀移率晶體管的類型使二維電子氣始終存在，本發明的光譜探測器則為非光生電流依賴型器件，靈敏度會進一步提高，同時降低了對光電陰極薄膜形態要求，并減小了對感光面積的依賴性；
[0022]另外，由于本發明設置光電陰極薄膜覆蓋于柵極金屬薄膜上表面，使光譜探測器還具有以下優點:可以在室溫下工作，不需要真空的工作環境，使得探測器的穩定性得到極大的提高，噪聲帶寬變小，光譜響應范圍增寬，受振動/聲音等外界干擾小，并且成本和體積也得到極大的降低。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明的一個較佳實施例的一種基于高電子迀移率晶體管的光譜探測器的結構不意圖；
[0024]圖2為本發明的一個較佳實施例的一種基于高電子迀移率晶體管的光譜探測器的制備方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖和實施例對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。
[0026]圖1為本發明的一個較佳實施例的一種基于高電子迀移率晶體管的光譜探測器的結構示意圖，光譜探測器包括高電子迀移率晶體管以及覆蓋于高電子迀移率晶體管的柵極金屬薄膜8上的光電陰極薄膜9。
[0027]進一步地，光譜探測器還包括位于柵極金屬薄膜8和光電陰極薄膜9之間的鈦金屬層，鈦金屬層使柵極金屬薄膜8和光電陰極薄膜9由更好的粘附性。
[0028]進一步地，高電子迀移率晶體管包括第一半導體層3、第二半導體層5、漏區7、源區6以及柵極金屬薄膜8 ;
[0029]第二半導體層5覆蓋于第一半導體層3的上表面；源區6和漏區7分別位于第二半導體層3的兩側、貫穿第二半導體層并且均延伸入第一半導體層3 ;柵極金屬薄膜8設置于第二半導體層5上的預定位置。優選地，所第一半導體層3相對于第二半導體層5為窄能隙半導體層，并且在第一半導體層3中靠近第二半導體層5的一側存在或可以通過柵極加電形成二維電子氣4。當二維電子氣4生成或濃度發生變化時，電流發生變化，既可以檢測到光譜的變化。
[0030]優選地，第一半導體層3的為GaN層(GaN緩沖層);第二半導體層5為AlGaN層(AlGaN合金勢皇層)。
[0031]氮化鎵(GaN)是第三代寬禁帶半導體的代表之一，具有優良的特性:高的臨界擊穿電場(3.5X106V/cm)、高電子迀移率(2000cm2/V.s)、高的二維電子氣(2DEG)濃度(1013cm-2)、高的高溫工作能力。GaN的帶隙Eg達3.49eV，因而本征載流子濃度很低，這意味著在環境溫度變化時帶來的本征載流子濃度變化對器件性能的影響大大減小，并且電子迀移率達2000cm2/V.s,因而可以制備高靈敏度的信號轉換器件。
[0032]由于GaN/AlGaN界面上能帶的不連續性形成三角勢阱對電子形成量子限制作用，因而在GaN —側可以形成很高濃度的二維電子氣(2DEG)。GaN/AlGaN材料很強的自發極化和壓電極化使得GaN/AlGaN異質界面在非故意摻雜的情況下，就可以產生113CnT2量級的2DEG，因此可將本發明光譜探測器制作成非光生電流依賴型器件，有利于提高檢測靈敏度。
[0033]此外高電子迀移率晶體管還包括襯底I和成核層2，成核層2生長于襯底I上，第一半導體層生3長于成核層2上，成核層2起到緩沖的作用，可以降低第一半導體層3的缺陷。優選地，成核層2可以為AlN層。
[0034]襯底I可以是硅、藍寶石或者SiC襯底。高電子迀移