[發明專利]六方氮化硼紫外光探測器及制備方法

有效

• 申請號: 202010063708.7
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111244222B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 張興旺;劉恒;王燁;尹志崗
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L31/11
• 分類號: H01L31/11;H01L31/0336;H01L31/0352;H01L31/18
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 吳夢圓

一種六方氮化硼紫外光探測器及制備方法，該六方氮化硼紫外光探測器包括：襯底；絕緣層，形成于襯底的一表面上，并在絕緣層的中間區域設置有延伸至襯底的窗口，露出襯底；第一石墨烯層，形成于絕緣層上，且覆蓋絕緣層上窗口的內表面以及窗口的外周區域；六方氮化硼層，原位形成于第一石墨烯層上；第二石墨烯層，原位形成于六方氮化硼層上；正面電極，形成于窗口之外的第二石墨烯層上；以及背面電極，形成于襯底的另一表面上。本發明采用離子束輔助設備原位生長石墨烯/六方氮化硼/石墨烯異質結，可減小異質結界面污染和缺陷，可保證器件具有高的響應速度及響應度，同時采用縱向器件結構，提高器件的集成度。

技術領域

本發明屬于二維材料應用技術領域，涉及一種六方氮化硼紫外光探測器及制備方法。

背景技術

隨著石墨烯的發現，二維材料受到人們越來越多的關注，成為當前材料領域最受關注的熱點之一。與體材料相比，二維材料具有極高的比表面積和優異的電學、光學特性，在高速電子器件、發光二極管、光探測器、太陽能電池等領域有廣闊的應用前景。六方氮化硼，為石墨烯的同構體，具有高的帶邊吸收系數、寬的能帶間隙(5.9eV)、高的熱導率等優點，被認為是一種優異的深紫外光探測材料。最近，有報道基于六方氮化硼納米片的光電導型深紫外探測器，表現出了優異的光譜選擇特性。然而，與某些高性能深紫外光探測器相比，該六方氮化硼紫外光探測器的響應速度較慢，響應度較低，還難以滿足實際應用的需要。六方氮化硼深紫外光探測器在性能上的不足可以歸因于六方氮化硼弱的載流子分離與輸運能力。研究表明，構建異質結構可以實現二維材料內光生載流子的快速分離。石墨烯作為一種擁有高的載流子遷移率的材料，被認為是一種優異的載流子輸運材料。此外，石墨烯與六方氮化硼為同構體，晶格失配度僅為1.8％，有利于石墨烯/六方氮化硼/石墨烯三明治結構的構建，彌補六方氮化硼性能的不足，提升氮化硼紫外光探測器的性能。此外，傳統的石墨烯/六方氮化硼/石墨烯三明治結構多采用轉移法制備，容易污染異質結界面，導致缺陷的存在，影響異質結的光電轉換效率。因而如何改進方法，提升石墨烯/六方氮化硼/石墨烯三明治結構材料質量，成為制約相關器件制備的的重要瓶頸。

發明內容

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種六方氮化硼紫外光探測器及制備方法，以期至少部分地解決上述提及的技術問題中的至少之一。

為達到以上目的，作為本發明的一個方面，提供一種六方氮化硼紫外光探測器，包括：襯底；絕緣層，形成于所述襯底的一表面上，并在所述絕緣層的中間區域設置有延伸至襯底的窗口，露出所述襯底；第一石墨烯層，形成于所述絕緣層上，且覆蓋所述絕緣層上窗口的內表面以及所述窗口的外周區域；六方氮化硼層，原位形成于所述第一石墨烯層上；第二石墨烯層，原位形成于所述六方氮化硼層上；正面電極，形成于所述窗口之外的第二石墨烯層上；以及背面電極，形成于所述襯底的另一表面上。

作為本發明的另一個方面，還提供了一種六方氮化硼紫外光探測器的制備方法，包括以下步驟：步驟1：在襯底的一表面上形成一絕緣層；步驟2：在所述絕緣層的中間區域刻蝕至襯底而形成窗口，露出所述襯底；步驟3：通過離子束輔助沉積法在所述絕緣層上形成第一石墨烯層，使所述第一石墨烯層覆蓋所述窗口的內表面以及所述窗口外的絕緣層；步驟4：通過離子束濺射沉積法在所述第一石墨烯層上形成六方氮化硼層；步驟5：通過離子束輔助沉積法在所述六方氮化硼上形成第二石墨烯層；步驟6：刻蝕所述第一石墨烯層、六方氮化硼層和第二石墨烯層的邊緣部分直至絕緣層，而使所述第一石墨烯層、六方氮化硼層和第二石墨烯層僅覆蓋所述窗口的內表面以及所述窗口的外周區域；步驟7：在所述窗口之外的第二石墨烯層上形成正面電極；步驟8：通過機械研磨和化學拋光工藝，自所述襯底的另一表面將襯底厚度減薄；步驟9：在所述襯底的另一表面上形成背面電極。

從上述技術方案可以看出，本發明的一種六方氮化硼紫外光探測器及制備方法具有以下有益效果：

(1)本發明采用原位生長石墨烯/六方氮化硼/石墨烯異質結的方法，制備六方氮化硼紫外光探測器，可減少異質結界面處污染，減少界面缺陷，提升器件的光電轉換效率；與此同時，采用縱向器件結構能夠提高器件的集成度；