[發(fā)明專利]一種二硒化鎢薄片/氧化鋅納米帶結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管光電探測(cè)器及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910049102.5
• 申請(qǐng)日: 2019-01-18
• 公開（公告）號(hào): CN109817757B
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭楠;賈怡;常慧聰;肖林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)空間技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): H01L31/112
• 分類號(hào): H01L31/112;H01L31/0392;H01L31/0296;H01L31/18
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張麗娜

本發(fā)明涉及一種二硒化鎢薄片/氧化鋅納米帶結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管光電探測(cè)器及其制備方法，該光電探測(cè)器為納米材料結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管光電探測(cè)器，具體是指將p型的二硒化鎢(WSe₂)薄片和n型的氧化鋅(ZnO)納米帶接觸形成p?n結(jié)，同時(shí)WSe₂薄片作為感光材料連接在頂柵電極與ZnO納米帶導(dǎo)電溝道之間。WSe₂薄片受光激發(fā)產(chǎn)生光生載流子形成導(dǎo)電通道，頂柵電壓通過(guò)該導(dǎo)電通道施加到p?n結(jié)處，調(diào)節(jié)ZnO納米帶中耗盡區(qū)的寬度來(lái)實(shí)現(xiàn)溝道電導(dǎo)的調(diào)節(jié)，提高器件的光增益和響應(yīng)速度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種二硒化鎢薄片/氧化鋅納米帶結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管光電探測(cè)器及其制備方法，該光電探測(cè)器為納米材料結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管光電探測(cè)器，具體是指將p型的二硒化鎢(WSe₂)薄片和n型的氧化鋅(ZnO)納米帶接觸形成p-n結(jié)，同時(shí)WSe₂薄片作為感光材料連接在頂柵電極與ZnO納米帶導(dǎo)電溝道之間。WSe₂薄片受光激發(fā)產(chǎn)生光生載流子形成導(dǎo)電通道，頂柵電壓通過(guò)該導(dǎo)電通道施加到p-n結(jié)處，調(diào)節(jié)ZnO納米帶中耗盡區(qū)的寬度來(lái)實(shí)現(xiàn)溝道電導(dǎo)的調(diào)節(jié)，提高器件的光增益和響應(yīng)速度。

背景技術(shù)

低維材料因其獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)(例如寬帶響應(yīng)以及較快的載流子動(dòng)力學(xué)過(guò)程)展示出其作為光敏元件的巨大潛力。但低維材料較薄的原子層級(jí)的厚度也使得其不能像體材料那樣對(duì)光實(shí)現(xiàn)完全吸收，因此光的利用效率很低，進(jìn)而抑制了器件的光響應(yīng)率。近幾年，研究人員嘗試將不同的低維材料結(jié)合形成復(fù)合結(jié)構(gòu)，以提高光電探測(cè)器的性能。其中，通過(guò)引入缺陷輔助的響應(yīng)機(jī)制延長(zhǎng)光生載流子的壽命獲得超高的響應(yīng)增益。然而，這種器件的缺點(diǎn)是載流子壽命較長(zhǎng)導(dǎo)致響應(yīng)時(shí)間較慢，即增益-響應(yīng)時(shí)間相互制約的問(wèn)題。解決這個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵是需要開發(fā)一種新的器件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)增益機(jī)制與載流子壽命的解耦，同時(shí)提高增益并縮短響應(yīng)時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是：克服增益-響應(yīng)時(shí)間相互制約的問(wèn)題，提出一種二硒化鎢薄片/氧化鋅納米帶結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管光電探測(cè)器及其制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種二硒化鎢薄片/氧化鋅納米帶結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管光電探測(cè)器，該光電探測(cè)器包括ZnO納米帶、WSe₂薄片、Si/SiO₂襯底、源電極、漏電極和頂柵電極；

所述的ZnO納米帶、WSe₂薄片、源電極、漏電極、頂柵電極均位于Si/SiO₂襯底上，ZnO納米帶的一端與源電極相連，ZnO納米帶的另一端與漏電極相連；WSe₂薄片的一端壓在ZnO納米帶上，另一端壓在頂柵電極上；

所述的ZnO納米帶為結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的導(dǎo)電溝道，源電極和漏電極用于收集ZnO納米帶的電信號(hào)，WSe₂薄片為感光材料，用于在頂柵電極和ZnO溝道之間形成一個(gè)受光照調(diào)節(jié)的導(dǎo)電通道。

一種二硒化鎢薄片/氧化鋅納米帶結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管光電探測(cè)器的制備方法，該方法的步驟包括：

(1)采用化學(xué)氣相傳輸?shù)姆椒ㄉL(zhǎng)ZnO納米帶；

(2)將步驟(1)制備的ZnO納米帶物理轉(zhuǎn)移到Si/SiO₂(285nm)襯底上；

(3)在步驟(2)得到的帶有ZnO納米帶的Si/SiO₂(285nm)襯底上利用電子束光刻技術(shù)制備源電極圖形、漏電極圖形和頂柵電極圖形，并對(duì)源電極圖形、漏電極圖形和頂柵電極圖形進(jìn)行熱蒸鍍后得到源電極、漏電極和頂柵電極；

源電極壓在ZnO納米帶的一端，漏電極壓在ZnO納米帶的另一端，頂柵電極不與ZnO納米帶接觸；

(4)采用機(jī)械剝離的方法在PDMS膜(Polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)上制備WSe₂的薄片；