[發明專利]一種利用二氧化鉿鈍化增強型低維納米探測器及制備方法

在審

• 申請號: 201910246130.6
• 申請日: 2019-03-29
• 公開（公告）號: CN109950359A
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發明（設計）人: 王鵬;彭孟;胡偉達;吳峰;張莉麗;陳效雙;陸衛
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: H01L31/112
• 分類號: H01L31/112;H01L31/0216;H01L31/18
• 代理公司: 上海滬慧律師事務所 31311
• 代理人: 郭英

本發明公開了一種利用二氧化鉿鈍化增強型低維納米探測器及制備方法。器件結構襯底自下而上依次為氧化物層、納米半導體層、源電極，漏電極分別在納米半導體層兩側，納米半導體層其余部分被鈍化介質層覆蓋。器件制備步驟是將用CVD方法生長出的超薄硫化鎘納米帶轉移到具有氧化物層的硅襯底上，利用電子束曝光和熱蒸發等工藝制作源、漏電極，然后再利用電子束曝光和原子層沉積等工藝制作二氧化鉿鈍化介質層，制備成低維納米光電探測器。該探測器具有高靈敏、暗電流小、穩定性好、低功耗及寬光譜探測等特點。

技術領域

本發明涉及一種低維納米光電探測器件，具體指一種利用二氧化鉿鈍化增強型低維納米探測器及制備方法。

背景技術

準一維半導體納米帶由于具有特殊的光、電、磁等物理化學性能及納米結構的奇特性能逐漸成為了全球各國研究人員關注的焦點。關于低維納米結構材料的研究，無論是材料的可控合成、器件的制備，還是與尺寸直接關聯的低維物理的研究等，各個環節都還存在許多有待解決的問題。其中硫化鎘(CdS)作為典型的準一維材料，典型的直接帶隙(2.4eV)II-VI族化合物半導體材料，它們具有比較特殊的光電轉換性質，同時也被稱為第三代光電子半導體材料，被廣泛應用于信號檢測、液晶顯示器和太陽能電池等高科技領域。基于這些半導體納米帶的光電探測器因其大的比表面積、表面態和晶格缺陷會產生高的本征載流子濃度，在一定程度上導致器件具有較大的暗電流，從而嚴重影響了器件的光探測性能。因此，迫切需要研究一種獨特的器件結構來解決硫化鎘缺陷帶來的本征載流子以降低暗電流，從而提高器件的信噪比和探測能力。

為了解決上述問題，本發明提出了一種基于CdS的利用二氧化鉿(HfO₂)鈍化增強型的單根納米帶低維納米探測器及制備方法。該方法是在CdS溝道的上全部覆蓋一層很薄的HfO₂，利用二氧化鉿對鈍化，減少材料表面的缺陷，抑制缺陷態產生的電子濃度，從而來調控器件閾值電壓，成功的抑制了暗電流，具有較高的整流比，較高的探測率和響應率。

發明內容

本發明提供了一種基于CdS的低維納米光電探測器件，具體指一種利用二氧化鉿鈍化增強型低維納米探測器及制備方法。

上述發明利用在CdS納米帶表面沉積氧化鉿，對納米帶的表面缺陷進行了鈍化，大部分表面缺陷得到修復，不能作為載流子供體，降低了本征載流子，從而大大降低了探測器在無柵壓下的暗電流，光電探測器實現了低暗電流，探測率高，低功耗等目的。

所述的探測器的結構為：在P型Si襯底1上有SiO₂氧化層2，在SiO₂氧化層上有CdS納米帶3，在CdS納米帶上左右兩端制作源極4和漏極5，在源極和漏極中間CdS納米帶上沉積鈍化介質層6；

所述的P型Si襯底1是硼重摻雜；

所述的SiO₂氧化層2的厚度是280納米；

所述的CdS納米帶3的厚度是50～80納米,長寬分別是10～20微米，2微米；

所述的源極4和漏極5為Cr和Au電極，下層Cr厚度為15納米，上層Au厚度為45納米。

所述的頂部鈍化介質層6是HfO₂，厚度是20納米。

器件制備方法包括以下步驟：

1).采用化學氣相沉積(CVD)方法在純Si片上利用Au顆粒催化生長CdS納米帶，通過物理轉移的方法將CdS納米帶轉移到SiO₂/Si襯底上；

2).利用電子束曝光EBL技術，熱蒸發和剝離等技術在預先轉移的CdS納米帶的上方準確定位沉積鉻和金電極，用來做源、漏極；