[發明專利]一種MSM光電探測器及其制作方法

有效

• 申請號: 201810578809.0
• 申請日: 2018-06-07
• 公開（公告）號: CN108987525B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發明（設計）人: 周長見;呂喆;馮志紅;蔚翠
• 申請（專利權）人: 華南理工大學;中國電子科技集團公司第十三研究所
• 主分類號: H01L31/108
• 分類號: H01L31/108;H01L31/18
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 譚英強;鄭澤萍

本發明公開了一種MSM光電探測器及其制作方法，該MSM光電探測器包括襯底以及設置在襯底上的二維半導體材料薄片和兩個金屬電極，所述二維半導體材料薄片的厚度均勻且具有不對稱的幾何結構，所述兩個金屬電極相對地設置在二維半導體材料薄片的兩個邊緣上，且兩個金屬電極與二維半導體材料薄片的接觸長度不同。本發明的MSM光電探測器具有自驅動的功能、較低的探測極限以及較高可靠性，而且本探測器結構優良，制作工藝簡單，生產成本低，可廣泛應用于半導體行業中。

技術領域

本發明涉及半導體器件及制造領域，特別是涉及一種不對稱結構的MSM光電探測器及其制作方法。

背景技術

光電探測器是一類重要的光電傳感器，在工業、國防、醫學以及日常生活中有著廣泛的應用。在我們的日常生活與研究中出現的大量光電探測器中，每種光電探測器都必須針對特定應用場合的要求。在過去的幾年中，新興的二維層狀材料給光電探測器的研究指出了新的方向。不同的二維材料通常具有不同的帶隙，因此幾乎涵蓋了目前所有不能通過傳統的半導體材料來實現探測的波長范圍。二維材料每一層的光吸收比傳統材料硅高出一個數量級，因此利用很薄的二維材料就可以得到較大的光學吸收實現有效的光電探測器。此外，二維材料光電探測器與當前半導體制造工藝兼容，使其具有替代傳統光電探測器的潛力。

早期的基于二維材料的光電探測器使用了具有不同二維材料(如石墨烯，MoS₂，WSe₂等)作為溝道、硅襯底作為背柵場效應晶體管的結構。石墨烯光電探測器雖然在紅外區域具有高響應度的優點，但是石墨烯的零帶隙能帶結構帶來的較大暗電流限制了石墨烯光電探測器的探測能力。另一方面，由于金屬電極和半導體材料之間的肖特基勢壘較大，基于過渡金屬二硫族化合物(TMD)和黑磷等二維半導體材料實現的光電探測器具有低暗電流的優點，不過這類探測器需要電源提供偏置才能產生光電流。對于許多應用環境，如無線傳感器網絡的室外環境感應、可穿戴醫療監控等，不可能為每個設備提供電源或者無法頻繁替換電源，因此只有自驅動或超低功率光電檢測器才能滿足這些類型的應用。

目前技術中，已經提出了各種器件結構來實現自驅動光電探測器。由于光伏效應，PN結是最受關注的一種，它可以在沒有外部偏壓的情況下獲得一定光電流，而且暗電流比較小。現有技術采用一些化學物質通過高溫處理來進行二維材料的摻雜，或者通過基于不同二維半導體材料的異質結來制造含有PN結的光電探測器，但是，這兩種技術均存在制作工藝復雜、無法大批量制作等問題，因此總的來說，目前光電探測器存在的可靠性低、成本高、暗電流高以及無法自驅動的問題，仍然無法解決。

名詞解釋：

MSM：全稱metal-semiconductor-metal，金屬-半導體-金屬。

發明內容

為了解決上述的技術問題，本發明的目的是提供一種MSM光電探測器及其制作方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種MSM光電探測器，包括襯底以及設置在襯底上的二維半導體材料薄片和兩個金屬電極，所述二維半導體材料薄片的厚度均勻且具有不對稱的幾何結構，所述兩個金屬電極相對地設置在二維半導體材料薄片的兩個邊緣上，且兩個金屬電極與二維半導體材料薄片的接觸長度不同。

進一步，所述襯底采用的材料為SiO₂、Si、玻璃、GaN或SiC。

進一步，所述二維半導體材料薄片采用過渡金屬二硫化物半導體材料或單元素半導體材料，所述過渡金屬二硫化物半導體材料包括MoS₂、WSe₂、MoSe₂和/或WS₂，所述單元素半導體材料包括石墨烯、黑磷和/或硅烯。

進一步，所述兩個金屬電極采用相同的金屬材料構成，且所述兩個金屬電極與半導體材料薄片之間的接觸處形成肖特基勢壘。