[發明專利]一種外爾半金屬異質結紅外探測器及其制備方法

有效

• 申請號: 201710883262.0
• 申請日: 2017-09-26
• 公開（公告）號: CN107706265B
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 于永強;李智;盧志堅;許克偉;耿祥順;羅林保;吳春艷
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H01L31/109
• 分類號: H01L31/109;H01L31/112;H01L31/18
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 盧敏

本發明公開了一種外爾半金屬異質結紅外探測器及其制備方法，該探測器是在絕緣襯底的上表面依次設置有底電極和絕緣掩膜層；在掩膜層的中心處留有一與底電極相連通的通孔；在底電極上表面、位于通孔內依次沉積有兩種不同的二維半導體材料，上層材料具備外爾半金屬性質，在沉積過程中兩種二維半導體材料會依次沿著垂直于底電極的方向逐層沉積生長形成范德瓦耳斯異質結；在掩膜層上方設置有頂電極，底電極與位于通孔內的下層半導體材料、頂電極與位于通孔內的上層外爾半金屬材料皆形成歐姆接觸。本發明的探測器制備工藝簡單、可重復性強，所制備器件具有寬光譜響應、高靈敏度、響應速度快、易于集成等優異性能。

技術領域

本發明涉及一種外爾半金屬異質結紅外探測器及其制備方法，屬于半導體光電器件技術領域。

背景技術

所謂光電探測器就是利用半導體材料的光電導效應制成的一種光探測器件，廣泛應用于生產生活、軍事領域的各個方面。近年來，隨著科學技術的發展，以納米光電探測為代表的二維過渡金屬硫屬化物探測器因具有較高的響應度和靈敏度等優異特性而取得了巨大的關注。例如，采用CVD法制備的單層MoS₂薄膜用于制備高性能光電探測器，其器件的光響應率可高達2200AW^-174，而光增益也能達到5000的水平。盡管基于MoS₂的光探測器件在光響應方面的性能非常突出，但由于硫空位和其它材料自身的缺陷(尤其是在CVD制備過程中引入的雜質和束縛態)會大大影響其載流子傳輸速度，從而降低器件的響應速度(響應時間一般在4-30s之間)；另一方面，隨著對器件集成度要求的不斷提升，傳統的基于Ⅳ族和Ⅲ-Ⅴ族半導體(例如硅和砷化鎵)的器件尺寸已經接近極限，不能滿足要求。

發明內容

針對上述現有技術存在的缺點和不足，本發明旨在提供一種外爾半金屬異質結紅外探測器及其制備方法，旨在保證器件具有較高的響應速度的同時，縮小器件的尺寸、提高器件的單片集成度。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

本發明首先公開了一種外爾半金屬異質結紅外探測器，其特點在于：所述的外爾半金屬異質結紅外探測器是在絕緣襯底上表面設置有底電極；在所述底電極的上表面設置有掩膜層，所述掩膜層為絕緣材料，在所述掩膜層的中心處留有一與所述底電極相連通的通孔；在所述掩膜層的通孔內、位于所述底電極上表面沉積有下層半導體材料；在所述掩膜層的通孔內、位于所述下層半導體材料上沉積有上層外爾半金屬材料；所述下層半導體材料與所述上層外爾半金屬材料形成范德瓦耳斯異質結；在所述掩膜層上方設置有頂電極，所述頂電極完全覆蓋通孔且不超出掩膜層的邊界；所述底電極與所述下層半導體材料之間、所述頂電極與所述上層外爾半金屬材料之間皆形成歐姆接觸。

具體的，所述下層半導體材料為MoSe₂或MoS₂，所述上層外爾半金屬材料為MoTe₂。

優選的，所述底電極為Au電極、Ti/Au電極、In/Ga電極或Ag電極；所述底電極的厚度為20nm-300nm。

優選的，所述頂電極為貴金屬電極或石墨烯電極。

本發明還公開了上述外爾半金屬異質結紅外探測器的制備方法，其包括以下步驟：

a、通過電子束濺射技術在絕緣襯底的上表面蒸鍍底電極；

b、在所述底電極的上表面通過磁控濺射或脈沖激光沉積技術沉積絕緣材料，形成中央預留有通孔的掩膜層；

c、采用脈沖激光沉積或磁控濺射在所述掩膜層的通孔內沉積下層半導體材料，所述底電極與所述下層半導體材料之間形成歐姆接觸；

再采用脈沖激光沉積或磁控濺射在所述下層半導體材料上外延上層外爾半金屬材料；所述下層半導體材料與所述上層外爾半金屬材料形成范德瓦耳斯異質結；