[發(fā)明專(zhuān)利]一種可見(jiàn)光與近紅外光的雙波段光電探測(cè)器及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910713693.1
• 申請(qǐng)日: 2019-08-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110581197A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳宜方;鄧嘉男;陸冰睿
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L31/113
• 分類(lèi)號(hào): H01L31/113;H01L31/0304;H01L31/18
• 代理公司: 31200 上海正旦專(zhuān)利代理有限公司
• 代理人: 陸飛;陸尤

本發(fā)明屬于光電探測(cè)器技術(shù)領(lǐng)域，具有為一種可見(jiàn)光與近紅外光的雙波段光電探測(cè)器及其制備方法。本發(fā)明的可見(jiàn)光與近紅外光的雙波段光電探測(cè)器件，是基于二維過(guò)渡金屬硫化物TMDCs/銦鎵砷/銦鋁砷(InGaAs/InAlAs)異質(zhì)結(jié)的，其中，二維TMDCs是可見(jiàn)光敏感層，InGaAs是溝道層，同時(shí)也是近紅外光敏感層；TMDs與InGaAs為n型摻雜，InAlAs為本征摻雜，TMDCs與InGaAs/InAlAs接觸時(shí)產(chǎn)生一個(gè)沒(méi)有內(nèi)建電場(chǎng)的n?i?n型異質(zhì)結(jié)。本發(fā)明將可見(jiàn)光與近紅外光的雙波段探測(cè)集成于單個(gè)器件，與高度成熟的傳統(tǒng)三五族半導(dǎo)體器件工藝相兼容，有助于實(shí)現(xiàn)高靈敏度，寬探測(cè)頻譜的光電探測(cè)器。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光電探測(cè)器技術(shù)領(lǐng)域，具有涉及一種可見(jiàn)光與近紅外光的雙波段光電探測(cè)器及其制備方法。

背景技術(shù)

光電探測(cè)器是一種將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電學(xué)信號(hào)的能量轉(zhuǎn)換器件，其在數(shù)碼攝像、衛(wèi)星遙感成像、工業(yè)自動(dòng)控制、汽車(chē)電子有著十分廣泛的用途。但是受限于材料本身的禁帶寬度和吸收頻譜，一個(gè)光電傳感器往往只能在某個(gè)單一波段產(chǎn)生光電響應(yīng)，而如果要探測(cè)多個(gè)波段從而實(shí)現(xiàn)24小時(shí)監(jiān)控，則需要在一個(gè)成像系統(tǒng)中配備基于不同材料的光電傳感器，例如用于紫外光的氮化鎵基日盲探測(cè)器，用于可見(jiàn)光的硅基CMOS與CCD探測(cè)器，用于近紅外光的InGaAs雪崩二極管等等。采用多個(gè)探測(cè)器件來(lái)成像顯而易見(jiàn)的大大增加的成像成本，也對(duì)后續(xù)的放電處理電路提出了更高的要求，不利于成像系統(tǒng)的小型化與低成本化。

大量實(shí)驗(yàn)證明，基于InGaAs/InAlAs異質(zhì)結(jié)的高電子遷移率晶體管器件對(duì)近紅外光有著超高的探測(cè)響應(yīng)度和非常寬的帶寬，因此可以用于高速、微弱的近紅外信號(hào)的靈敏探測(cè)，然而傳統(tǒng)高電子遷移率晶體管器件由于頂柵金屬電極的屏蔽作用，大大減弱了器件本身對(duì)正入射近紅外光的吸收，因此常用的基于InGaAs/InAlAs異質(zhì)結(jié)的高電子遷移率晶體管紅外探測(cè)器件往往需要對(duì)襯底減薄，從而實(shí)現(xiàn)近紅外光的背入射，這大大增加了器件制備的成本，也不利于器件本身的散熱，因此并未大規(guī)模應(yīng)用于近紅外光的探測(cè)。

近年來(lái)，基于TMDs的可見(jiàn)光波段的探測(cè)器件因其高光電響應(yīng)度被廣泛報(bào)道。TMDs是一種層與層之間由分子間作用力（范德華力）相結(jié)合的材料，其可以與任意體材料之間形成完美的界面，而不需考慮其晶格失配，這不僅減少了材料外延所需的成本，同時(shí)也提高了器件的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種可靠性好、成本低的可見(jiàn)光與近紅外光的雙波段光電探測(cè)器及其制備方法。

本發(fā)明提出的可見(jiàn)光與近紅外光的雙波段光電探測(cè)器，將二維過(guò)渡金屬硫化物（TMDCs）的可見(jiàn)光電高敏感性和傳統(tǒng)InGaAs/InAlAs異質(zhì)結(jié)的高電子遷移率晶體管器件對(duì)近紅外光的高靈敏性結(jié)合一起，得到基于二維過(guò)渡金屬硫化物(TMDCs)/銦鎵砷/銦鋁砷(InGaAs/InAlAs)異質(zhì)結(jié)的可見(jiàn)光與近紅外光的雙波段光電探測(cè)器件；其中，二維TMDCs是作為氣體敏感層，SFOI是導(dǎo)電溝道。具體地，二維TMDCs是可見(jiàn)光敏感層，而InGaAs是溝道層，同時(shí)也是近紅外光敏感層。TMDCs與InGaAs/InAlAs接觸時(shí)，由于TMDs與InGaAs為n型摻雜，InAlAs為本征摻雜，從而產(chǎn)生一個(gè)沒(méi)有內(nèi)建電場(chǎng)的n-i-n型異質(zhì)結(jié)。當(dāng)可見(jiàn)光入射到器件表面時(shí)，TMDCs中產(chǎn)生的電子或空穴被頂柵電極收集，從而改變InGaAs/InAlAs中的二維電子氣濃度，引起驅(qū)動(dòng)電流的變化。當(dāng)近紅外光入射到器件表面時(shí)，光生的電子或者空穴僅在InGaAs溝道層中產(chǎn)生，而TMDs對(duì)近紅外光不敏感，相當(dāng)于一個(gè)金屬電極；由于InGaAs本身的能帶彎曲，使器件內(nèi)部存在自放大效應(yīng)，從而導(dǎo)致光生電流的增加。

本發(fā)明中，InGaAs溝道兩端的其中任意一端都與TMDCs之間存在n-i-n結(jié)，器件整體上呈現(xiàn)類(lèi)似一個(gè)靠柵極電阻調(diào)控的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。