[發明專利]基于獨立式二硫化錫納米片的垂直光電探測器及制備方法

在審

• 申請號: 201710479082.6
• 申請日: 2017-06-22
• 公開（公告）號: CN107123703A
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發明（設計）人: 胡平安;劉光波;李中華;陳曉爽;鄭威;馮偉;戴明金
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/0352;H01L31/09
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司11340
• 代理人: 范光曄

技術領域：

本發明涉及一種基于獨立式二硫化錫納米片的垂直光電探測器及制備方法，屬于光電探測器技術領域。

背景技術：

光電探測器是利用半導體材料的光電效應原理而制得的一種光電探測裝置，其在軍事和國民經濟的各個領域均有廣泛應用。近年來，二維半導體納米材料由于其巨大比表面積、獨特的電子結構和光電特性成為制備高性能光電器件的理想候選材料，進而受到了人們的廣泛關注和研究。目前，以二維半導體納米材料為基礎制備的光電探測器均以平面型結構為主(Q.H.Wang et al.,Nat Nanotechnol,2012,7,699-712；D.Jariwala et al.,ACS Nano,2014,8,1102-1120)。得益于二維材料超薄的特性，通過復雜的光刻及微納加工工藝可以制備出超薄的光電探測器。然而這種平面結構的二維超薄光電探測器具有明顯缺點和不足(G.Fiori et al.,Nat Nanotechnol,2014,9,768-779)：(1)由于與金屬電極接觸面積較大導致電接觸問題復雜，容易導致漏電流；(2)受基底影響嚴重，容易引起摻雜和散射；(3)吸光能力有限，對入射光線反射嚴重。針對以上問題，發展出二維半導體納米材料為基礎的具有垂直結構的光電探測器無疑是一種十分新穎而有效的解決途徑。

發明內容：

針對上述問題，本發明要解決的技術問題是提供一種基于獨立式二硫化錫納米片的垂直光電探測器及制備方法。

本發明的基于獨立式二硫化錫納米片的垂直光電探測器的制備方法，它的制備方法為：

步驟一：在導電襯底上制備出獨立式垂直排列的二硫化錫納米片；

步驟二：旋涂一層透明絕緣層后烘干以將二硫化錫納米片封裝起來；

步驟三：用等離子刻蝕工藝將部分透明絕緣層刻蝕掉，重新暴露出部分二硫化錫納米片；

步驟四：蒸鍍一層透明金屬電極，完成器件。

作為優選，所述步驟一中所述的獨立式垂直排列的二硫化錫納米片的制備工藝為化學氣相沉積法，生長所用導電襯底為氟摻雜二氧化錫(FTO)透明導電玻璃，生長溫度小于450℃，生長時間為5min。

作為優選，所述步驟二中所述的透明絕緣層為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；旋涂參數為500rpm轉速下保持30s，然后1000rpm轉速下保持30s，重復3-5次；烘干溫度為120℃，保持時間為5-10min。

作為優選，所述步驟三中所述的等離子刻蝕工藝為氧氣等離子體，射頻電源功率為18W，刻蝕時間為10-30min不等，其目的為刻蝕掉上層PMMA直至獲得重新暴露的小部分二硫化錫納米片。

作為優選，所述步驟四中所述的蒸鍍為熱蒸鍍，金屬電極為純度99.99％的金，蒸鍍厚度為20nm。

一種基于獨立式二硫化錫納米片的垂直光電探測器，它包括金電極、PMMA絕緣層、垂直二硫化錫納米片和導電襯底FTO玻璃；所述金電極為正極，FTO玻璃為負極，垂直二硫化錫納米片為光電轉換核心單元，PMMA絕緣層包覆著中間的二硫化錫納米片，并隔絕上下電極防止短路。

與現有技術相比，本發明的有益效果為：

1、采用化學氣相沉積工藝，在較低溫度下(<450℃)制備出獨立式垂直排列的二硫化錫納米片；

2、由于生長溫度較低，沒有破壞FTO襯底良好的導電特性，保證了光電探測器制備的可行性與可靠性；

3、獨立式二硫化錫納米片特有的垂直結構決定了其與導電基底及金屬電極接觸面積較小，具有良好的電接觸，避免了基底對其造成的散射和摻雜的影響；垂直排列的納米片之間可以相互反射或折射入射光增加了光吸收，利于提高光電探測性能；

4、制備工藝實施簡單、重復性好，避免了繁瑣而復雜的光刻技術的使用，為二維半導體納米材料，尤其是垂直生長的半導體納米材料在光電器件構筑與應用方面提供可靠制備范例。

附圖說明：

為了易于說明，本發明由下述的具體實施及附圖作以詳細描述。

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為本發明中獨立式垂直排列二硫化錫納米片的掃描電子顯微鏡掃描電子顯微鏡照片；

圖3為本發明的制備流程示意圖；

圖4a、圖4b、圖4c為本具體實施方式中獨立式二硫化錫納米片的垂直光電探測器的掃描電子顯微鏡照片；

圖5為本發明的導電襯底FTO在生長獨立式二硫化錫納米片前后的電流-電壓特性曲線對比圖；