[發明專利]高光響應TiO2

有效

• 申請號: 202010631397.X
• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN111725348B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 孫穎慧;劉丙緒;王榮明
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: H01L31/113
• 分類號: H01L31/113;H01L31/0224;H01L31/032;H01L31/18
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

本發明涉及光電器件領域，提供了一種高光響應TiO₂/MoS₂異質結可見光探測器及制備方法，所述探測器基于背柵MoS₂場效應晶體管，包括溝道MoS₂、修飾層TiO₂、介電層SiO₂、源漏極Au和柵極Si，修飾層TiO₂修飾在溝道MoS₂表面。本發明方法采用微機械剝離法和定點轉移電極法構筑背柵少層MoS₂場效應晶體管，在溝道表面沉積Ti，自然氧化得到探測器。本發明可獲得比較完美的Au/MoS₂界面，避免破壞MoS₂結構或引入雜質；Ti的強浸潤性使得TiO₂具有超薄特性，并增大了TiO₂與MoS₂間接觸面積，TiO₂中氧空位提升可見光響應，TiO₂在MoS₂中引入更多空穴陷阱，增強光誘導柵控效應。

技術領域

本發明涉及光電器件領域，特別涉及一種高光響應TiO₂/MoS₂異質結可見光探測器及制備方法。

背景技術

隨著光電器件朝著橫向高度集成和縱向不斷減薄的方向發展，商業化應用的硅基場效應管正面臨著難以進一步微型化的發展瓶頸。二維過渡金屬硫化物 (TransitionMetal Dichalcogenides，TMDs)的出現為延續摩爾定律注入了新的希望。TMDs因具有可調的半導體能帶結構、強激子發光、高電流開關比等優異的物理特性，在場效應管、發光二級管、光電探測器等微電子和光電子領域展現出十分重要的應用前景。但是，單一組分的TMDs光探測器的低光響應率和低比探測率難以滿足器件實際應用的需要。為此，在納米尺度上設計和制備基于 TMDs異質結構的高性能光電探測器是當前研究的重要方向，特別是在研制高光響應的金屬氧化物/TMDs光探測器方面仍有巨大的發展空間。

金屬氧化物/TMDs異質結構由于存在電荷轉移、電荷陷阱、介電屏蔽、壓電效應等界面電荷效應，可以實現對TMDs光電性能的優化，提升其在光電領域的應用潛力。二者間的界面電荷效應與界面狀態緊密相關。金屬氧化物/TMDs 異質結具有可控的表面、界面和獨特的能帶排列，有望成為最有前途的光電功能材料之一。基于金屬氧化物/TMDs異質結的光探測器由于顯著增強的光探測性能，為其在光電探測中的應用提供了良好基礎，也為構筑新型高性能TMDs光電探測器件提供了新思路。

發明內容

本發明的目的就是解決現有技術的不足，提供了一種高光響應TiO₂/MoS₂異質結可見光探測器及制備方法。

本發明采用如下技術方案：

一種高光響應TiO₂/MoS₂異質結可見光探測器，所述探測器基于背柵MoS₂場效應晶體管，所述探測器包括溝道MoS₂、修飾層TiO₂、介電層SiO₂、源漏極 Au和柵極Si，所述修飾層TiO₂修飾在溝道MoS₂表面。在現有案例中，我們采用微機械剝離法制備MoS₂薄片。因為該方法通過使用膠帶對層狀結構的塊體進行剝離，不會破壞MoS₂面內的共價鍵，得到的MoS₂通常具有缺陷少、高度結晶、表面清潔等特點。但不局限于微機械剝離法制備MoS₂薄片。化學氣相沉積法制備的單層或少層MoS₂也可以替代使用。為了獲得平整均勻的金屬氧化物納米結構，采用電子束蒸鍍技術在MoS₂表面沉積一定厚度的Ti，自然氧化后得到 TiO₂。因為電子束蒸鍍相比其他物理氣相沉積方法具有能量密度高、沉積速率可控等優勢，可用于制備高純度高均勻性的薄膜材料。