[發明專利]一種鐵電局域場增強型二維半導體光電探測器及制備方法在審

申請號：	201610236535.8	申請日：	2016-04-15
公開（公告）號：	CN105762281A	公開（公告）日：	2016-07-13
發明（設計）人：	王建祿;胡偉達;王旭東;孫璟蘭;孟祥建;陳效雙;陸衛;褚君浩	申請（專利權）人：	中國科學院上海技術物理研究所
主分類號：	H01L51/42	分類號：	H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
代理公司：	上海新天專利代理有限公司 31213	代理人：	郭英
地址：	200083 ***	國省代碼：	上海;31
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種局域增強二維半導體光電探測器制備方法
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及一種二維半導體光電探測器件，具體指一種鐵電局域場增強型二維半導體光電探測器及制備方法。

背景技術

二維半導體由于具有特殊的系列力、熱、光、電、磁等物理化學性能及低維結構的奇特性能，引起了科學家們的廣泛關注，被認為是未來納米電子器件及光電子器件集成系統的基礎，屬當今新材料及功能器件研究領域的前沿。石墨烯是二維材料研究的起源，由于其奇特二維特性，高透光性，高載流子遷移率等奇異性能，為其在高速電子器件以及光電探測器件提供了極佳機遇。然而，隨后的研究發現，石墨烯的零帶隙特征，使得其用于光電探測器時，暗電流偏高，響應率和探測率偏低，距離器件的實用性有較大的差距。

近年來，一類以二硫化鉬(MoS₂)為代表的過渡金屬硫族物化合物的出現，為二維材料的廣泛應用提供了機遇。過渡金屬硫族物化合物這類二維半導體材料與石墨烯相比，具有帶隙，常溫下的禁帶寬度從1eV-2eV范圍，禁帶寬度與其厚度關聯。且這類半導體亦具有較高遷移率、可以通過化學氣相沉積或機械剝離等方法制備獲得較大面積等特性。以MoS2為例，單層MoS₂的場效應遷移率可達到幾十至上百cm²·V^-1·s^-1[NatureNanotechnology6,147(2011)]。以上優異性能為這類二維半導體材料的應用提供了可能，這類材料可應用于作為光電子器件，如發光器件、光纖通訊、高速電子器件、光電子器件、生物傳感器、光電探測器等諸多技術領域。近年來，MoS₂二維半導體的光電探測器已經廣泛開展，也獲得了具有高靈敏的光電探測器件[NatureNanotechnology8,497(2013)；ACSNano6,74(2012)；NanoLetter12,3695(2012).]

然而，基于過渡金屬硫族化合物二維半導體的光電探測器因其大的比表面積、表面態和缺陷會產生高的本征載流子濃度，該類材料應用于光電探測器件上，一定程度上會導致器件暗電流較高，從而嚴重制約了器件的光探測性能。另外，傳統過渡金屬硫族物化合物光電探測器件工作時需要施加一恒定柵壓，一方面會造成器件的功耗很高，另一方面也對器件的穩定性造成一定的影響(如在電極區域會形成熱點，嚴重影響器件的壽命或性能)，此外，過渡金屬硫族化合物二維半導體的帶隙，恰好落在了紫外至可見波段，一定程度制約了探測器的應用領域。基于上述分析，針對二維半導體光電探測器的應用，迫切需要通過結構及工藝改進，耗盡這些因缺陷或陷阱所產生的本征載流子以降低暗電流，從而提高這類器件探測性能。

為了解決上述問題，本發明提出了一種新型的全耗盡納米線光電探測器的方法。該方法是將聚偏氟乙烯基鐵電聚合物材料引入，將其作為二維半導體場效應管結構光電探測器中柵介質材料。利用施加一負向電壓給聚偏氟乙烯基鐵電聚合物形成向上的極化狀態，并通過聚偏氟乙烯基鐵電聚合物材料負向極化所產生的超強靜電場來完全耗盡二維半導體溝道中因缺陷或陷阱所產生的本征載流子，從而大大降低了探測器在無柵壓下的暗電流，提高了器件的信噪比和探測能力。

發明內容

本發明提出了一種鐵電局域場增強型二維半導體光電探測器及制備方法，實現了二維半導體鐵電場效應結構在光電探測領域的應用。

上述發明將鐵電材料引入過渡金屬硫族化合物二維半導體光電探測器件，該探測器結構基于鐵電場效應，利用鐵電極化形成的局域電場，耗盡二維半導體溝道的背景載流子，可實現器件的高靈敏、低功耗寬波段探測。

本發明指一種鐵電局域場增強型二維半導體高靈敏光電探測器及制備方法，其特征在于，器件結構自下而上依次為：

-襯底1，

-氧化物層2、

-二維半導體3、

-金屬源極4、金屬漏極5、

-鐵電功能層6

-半透金屬上電極或透明導電電極7，

其中襯底1為重摻雜的Si襯底，厚度0.3-0.5毫米；

其中氧化物層2為SiO2，厚度285±15納米；