[發(fā)明專利]一種量子點結(jié)構(gòu)光電探測器及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810079091.0
• 申請日: 2018-01-26
• 公開（公告）號: CN108281554B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王軍;韓嘉悅;楊明;黃澤華;茍君
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48;H01L51/46;H01L51/42
• 代理公司: 成都華風(fēng)專利事務(wù)所(普通合伙) 51223
• 代理人: 徐豐;張巨箭

本發(fā)明涉及光電探測器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種量子點結(jié)構(gòu)光電探測器的制備方法，具有一覆蓋有介質(zhì)層的高摻雜襯底，包括以下步驟：在介質(zhì)層上形成二維材料層；在二維材料層的表面涂覆量子點材料層溶液，形成量子點材料層；在量子點材料層上制作一層圖形化的透明導(dǎo)電膜，完成器件制備。一種電壓輔助的量子點結(jié)構(gòu)光電探測器，從下到上依次包括高摻雜襯底、介質(zhì)層、二維材料層、量子點材料層及透明導(dǎo)電膜，二維材料層上形成源電極和漏電極；二維材料層與量子點材料層接觸形成內(nèi)建電場；透明導(dǎo)電膜與高摻雜襯底之間施加一個與內(nèi)建電場方向一致的可調(diào)的調(diào)制電壓。本發(fā)明可以提高器件的響應(yīng)速度和光電流增益，使器件性能得到顯著提升。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光電探測器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電壓輔助的量子點結(jié)構(gòu)光電探測器。

背景技術(shù)

石墨烯和類石墨烯二維(2D)材料因其非凡的電子和光學(xué)性質(zhì)引起了廣泛關(guān)注，其在光電應(yīng)用如光電探測中具有很大的潛力。雖然石墨烯和類石墨烯二維材料的研究取得了很大的進展，但基礎(chǔ)和實踐方面存在的問題仍阻礙著石墨烯和類石墨二維材料的應(yīng)用。

石墨烯是一種單原子層狀的二維材料，碳原子排列在六角蜂窩狀晶格中，具有許多吸引人的電子、光學(xué)、力學(xué)和熱學(xué)性質(zhì)。在石墨烯中傳遞的電子表現(xiàn)為無質(zhì)量的Dirac費米子，能量和動量之間呈線性關(guān)系，這使得石墨烯的電荷載流子遷移率在常溫下能達到10⁵cm²/Vs，在低溫下能達到10⁶cm²/Vs。這種優(yōu)異的電子性質(zhì)引起了人們的廣泛關(guān)注，使石墨烯用于高頻和高速電子器件、場效應(yīng)晶體管和反相器成為可能，石墨烯被視為硅的替代材料。然而，石墨烯的零帶隙和半金屬特性阻礙了其在邏輯開關(guān)器件的應(yīng)用，但是這個所謂的“缺點”卻利于其在光電子方面的應(yīng)用，因為它打破了光子能量小于帶隙的光線對其它半導(dǎo)體的“長波長限制”。而且，單層石墨烯在300-2500nm范圍內(nèi)的光吸收系數(shù)可達到7x10⁵cm^-1，遠遠高于傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料。這些優(yōu)異的光學(xué)性能使石墨烯制成的各種功能器件，如發(fā)光二極管、太陽能電池、光催化劑、生物傳感器、光電探測器中的支撐和/或活性材料，均具有很好的發(fā)展前景。

目前，一些新型結(jié)構(gòu)的探測器均基于石墨烯，較為典型的有三種：第一種是兩層石墨烯電極中間夾一層六方氮化硼介質(zhì)層，溝道包含了介質(zhì)層，這種器件的特點是暗電流比較低，開關(guān)比很高；第二種是兩層石墨烯中間夾一層介質(zhì)層，但是溝道是下層石墨烯并沒有包含介質(zhì)層，而上層石墨烯與介質(zhì)層起到了對下層石墨烯光調(diào)制作用，這種器件增益系數(shù)很大，響應(yīng)提高了很多；第三種一層石墨烯與其他材料的異質(zhì)結(jié)中間夾了一層介質(zhì)層，石墨烯作為溝道，介質(zhì)層不在其中。

石墨烯的弱光吸收特性，以及其沒有從一個入射光子產(chǎn)生多個電荷載體的增益機制限制了石墨烯基光電探測器的響應(yīng)。2012年，GerasimosKonstantatos提出了將量子點和石墨烯混合的想法從而制備出量子點石墨烯混合光探測器，在由單層或雙層石墨烯組成的混合光電探測器上覆蓋有膠體量子點薄膜，展示了10⁸個光電增益，器件具有近10⁷A/W的響應(yīng)度，增加了可調(diào)量子點層中光吸收產(chǎn)生并轉(zhuǎn)移到石墨烯的電荷，由于石墨烯的高電荷遷移率和量子點層的長俘獲壽命，使得量子點中束縛的載流子在復(fù)合前，有大量的相反載流子經(jīng)過石墨烯溝道在兩個電極間流動，使得器件的光電流增益大幅增加。該光探測器具有7x10¹³J的特定檢測靈敏度，并且開關(guān)和器件響應(yīng)度高，但是存在暗電流大、響應(yīng)速度慢的缺點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種量子點結(jié)構(gòu)光電探測器及其制備方法，該光電探測器使得量子點材料中的光生載流子可以更快速、更容易地進入二維材料導(dǎo)電溝道，進而提高器件的響應(yīng)速度和光電流增益，使器件性能得到顯著提升。

為達到上述要求，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：提供一種量子點結(jié)構(gòu)光電探測器的制備方法具有一覆蓋有介質(zhì)層的高摻雜襯底，包括以下步驟：

S1、將二維材料轉(zhuǎn)移到所述介質(zhì)層上，形成二維材料層；