[發明專利]一種利用新型化學改性手段制備高性能光電探測器的方法

有效

• 申請號: 202010035874.6
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111211195B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 張俊英;孫嘉成;王鈺言;董聯慶
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H01L31/103
• 分類號: H01L31/103;H01L31/18
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

本發明提供一種利用新型化學改性手段制備高性能光電探測器的方法，步驟如下：1.將納米級厚度的過渡金屬硫屬化合物轉移到Si/SiO₂基底上；2.旋涂一層百納米級厚度的光刻膠層，后在烘膠臺上烘烤；3.運用電子束曝光的方法，曝光出電極圖形，經顯影和定影后，在該器件上沉積金屬納米層；4.將上述器件浸泡丙酮中進行剝離，洗去殘留的丙酮，再將器件吹干；5.旋涂一層PMMA層；6.制備出具有長方形區域使器件溝道的一部分暴露；7.制備出CTAB溶液；8.將上述器件浸泡于CTAB溶液之中；本發明所制備的橫向勻質p?n結具有良好的光電特性；所采用微納米加工制備光電探測芯片單元，操作簡便，可控性強，重復性好。

技術領域

本發明提供了一種利用新型化學改性手段制備高性能光電探測器的方法，它涉及一種利用電子注入制備摻雜平面內p-n結應用于高性能光電探測器的制備，屬于二維材料摻雜技術領域。

背景技術

光電探測器是現代光探測系統的核心部分,具有將光轉換成電信號的能力,它廣泛地應用于火焰傳感、臭氧傳感、環境監測、視頻成像、夜視、材料標識、早期檢測原發性腫瘤和天文探索等領域。

傳統光電探測芯片主要是以硅半導體材料的p-n結構為主，通常用于可見光和近紅外波長的光檢測，這為數碼相機和其他設備每年創造了數十億美元的市場。然而，硅有限的吸收范圍和較弱吸光度極大地制約了硅基光電探測器的進一步發展和應用。并且，其較大的體積，較高的能耗以及較大的暗電流噪聲也在一定程度限制了其在各個領域的廣泛應用。

層狀二維過渡金屬硫屬化合物(TMDs)由于其優異的電學性能、光學性能和機械性能引起了廣泛的研究興趣。二維過渡金屬硫屬化合物的發現可以解決傳統的基于體半導體的p-n結所存在的問題，其優點是低功耗、體積小、可穿戴性，在后硅數字電子領域具有潛在的應用價值，并且由于其可調帶隙和光電流，在高效光電子領域也具有潛在的應用價值。用孤立的p和n型TMDs通過范德華鍵合構建垂直異質結是形成p-n結的一種典型方法，但它們大多受到傳輸過程復雜性和不可避免的界面缺陷的影響。因此，亟需在同一通道內實現p區和n區，形成橫向均質結構的p-n結。為了實現低維TMDs中p型載流子向n型載流子的轉變，表面電荷轉移可以通過有效地誘導費米能級轉移來調節TMDs電性能。因此，發現一種工藝簡單，摻雜量可控的二維材料摻雜方法，對于光電探測器在各個領域廣泛應用有著至關重要的作用。

發明內容

(一)本發明的目的

鑒于上述現有的技術缺點，本發明目的在于：提供一種利用電子注入制備高性能橫向均質p-n結型光電探測器的方法，用于解決目前二維光電探測芯片在光響應速率、響應度、能耗以及探測靈敏度等有待提升的問題。

(二)技術方案

本發明的目的是提供一種利用新型化學改性手段制備高性能光電探測器的方法，它是高性能橫向過渡金屬硫屬化合物p-n同質結光電探測芯片的制備方法，其具體步驟如下：

步驟1.將納米級厚度的過渡金屬硫屬化合物轉移到Si/SiO₂基底上；

步驟2.旋涂一層百納米級厚度的光刻膠層，后在烘膠臺上烘烤；

步驟3.運用電子束曝光的方法，曝光出電極圖形，經顯影和定影后，在該器件上沉積金屬納米層；

步驟4.將上述器件浸泡丙酮中進行剝離，后用酒精洗去殘留的丙酮，再用氮槍將器件吹干；

步驟5.旋涂一層納米級厚度的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)層；

步驟6.通過電子束曝光的方法，制備出具有長方形區域使器件溝道的一部分暴露；

步驟7.用異丙醇溶解一定量的十六烷基三甲基溴化銨粉末(CTAB)，制備出CTAB溶液；

步驟8.將上述器件浸泡于CTAB溶液之中；