[發(fā)明專利]一種基于范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)的顏色探測(cè)器及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010866725.4
• 申請(qǐng)日: 2020-08-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111952401B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-08-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅林保;童小偉;王悅;李家祥;王俊杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L31/109
• 分類號(hào): H01L31/109;G01J3/50;H01L31/032;H01L31/18
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責(zé)任公司 34101
• 代理人: 盧敏

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于二碲化鈀薄膜/n?型超薄硅范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)的顏色探測(cè)器及其制備方法，是由兩彼此不接觸的二碲化鈀薄膜分別與n?型超薄硅形成范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)，該顏色探測(cè)器在正面受光與背面受光時(shí)的電流比，隨被探測(cè)光波長(zhǎng)的增大而單調(diào)降低，從而可根據(jù)電流比識(shí)別被探測(cè)光的波長(zhǎng)。本發(fā)明的顏色探測(cè)器工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、性質(zhì)穩(wěn)定、顏色識(shí)別度高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于顏色探測(cè)器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于二碲化鈀薄膜/n-型超薄硅范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)的顏色探測(cè)器及其制備方法。

背景技術(shù)

顏色探測(cè)器是一種能將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的光電器件，屬于光電探測(cè)器的一種，不僅可以實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的探測(cè)，還能實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)的有效識(shí)別。低成本高性能顏色探測(cè)器在人工智能輔助駕駛、圖像傳感、光通信、火災(zāi)檢測(cè)、生物醫(yī)學(xué)成像、環(huán)境監(jiān)測(cè)、空間探測(cè)與安全檢測(cè)等諸多科學(xué)研究與工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價(jià)值，因而得到了人們廣泛的關(guān)注。

目前，在應(yīng)用廣泛的可見(jiàn)光-近紅外光波段(波長(zhǎng)1100nm)，基于晶體硅的光電探測(cè)器占據(jù)主要的市場(chǎng)份額。得益于成熟的加工工藝以及與硅基CMOS工藝的良好兼容性，人們成功研制出多種具有不同器件結(jié)構(gòu)的硅基光電探測(cè)器，包括金屬-半導(dǎo)體-金屬顏色探測(cè)器、p-n(p-i-n)結(jié)和肖特基結(jié)光電二極管等。其中，p-n(p-i-n)結(jié)和肖特基結(jié)光電二極管具有固有內(nèi)建電場(chǎng)，能夠有效促進(jìn)光生載流子的分離和傳輸，因而在高速光電探測(cè)以及低功耗光電探測(cè)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用。但是，商業(yè)化中普遍采用高溫?cái)U(kuò)散或離子注入等方法制備硅p-n(p-i-n)結(jié)，雖然可制備質(zhì)量較好的硅p-n(p-i-n)結(jié)，但不可避免存在一系列缺點(diǎn)，如涉及復(fù)雜繁瑣的制備流程、需要使用昂貴的儀器設(shè)備，從而導(dǎo)致器件的成本居高不下。另一方面，單一的光電探測(cè)器只能實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的探測(cè)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)光波長(zhǎng)的識(shí)別，嚴(yán)重阻礙了其在科學(xué)研究、工業(yè)生產(chǎn)和人民生活中的廣泛應(yīng)用。

二維二碲化鈀薄膜作為新一代的半金屬材料，具有載流子遷移率高、機(jī)械柔韌性好、帶隙可調(diào)等特點(diǎn)，是一種理想的制備高性能半導(dǎo)體范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)顏色探測(cè)器的材料。但是，常用的制備方法為機(jī)械剝離、化學(xué)氣相沉積法，得到的薄膜材料面積比較小，不適合大規(guī)模的器件制備。

發(fā)明內(nèi)容

為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，本發(fā)明提供了一種器件工藝簡(jiǎn)單、成本低廉的基于二碲化鈀薄膜/n-型超薄硅范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)的顏色探測(cè)器，該器件可以有效識(shí)別被探測(cè)光的波長(zhǎng)。

本發(fā)明為解決技術(shù)問(wèn)題，采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明基于二碲化鈀薄膜/n-型超薄硅范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)的顏色探測(cè)器，其特點(diǎn)在于：以n-型超薄硅基底作為所述顏色探測(cè)器的基區(qū)；在所述n-型超薄硅基底的上表面間隔設(shè)置有一對(duì)絕緣薄膜；在兩絕緣薄膜上皆設(shè)置有一個(gè)二碲化鈀薄膜接觸電極，所述二碲化鈀薄膜接觸電極的邊界不超出相應(yīng)絕緣薄膜的邊界；

在各二碲化鈀薄膜接觸電極上皆鋪設(shè)一個(gè)二碲化鈀薄膜，所述二碲化鈀薄膜一部分與二碲化鈀薄膜接觸電極接觸、剩余部分與兩絕緣薄膜之間的n-型超薄硅基底接觸，且兩二碲化鈀薄膜彼此不接觸；兩二碲化鈀薄膜分別與n-型超薄硅形成范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)；

所述顏色探測(cè)器在正面受光與背面受光時(shí)的電流比，隨被探測(cè)光波長(zhǎng)的增大而單調(diào)降低，從而能夠根據(jù)電流比識(shí)別被探測(cè)光的波長(zhǎng)。

優(yōu)選的，所述n-型超薄硅基底采用厚度為20-100μm、電阻率為1-100Ω·cm的n-型輕摻雜硅片。

優(yōu)選的，所述絕緣薄膜為二氧化硅薄膜、氮化硅薄膜、氧化鋁薄膜或者氧化鉿薄膜，所述絕緣薄膜的厚度為30-300nm。

優(yōu)選的，所述二碲化鈀薄膜接觸電極為Au電極、Pt電極或Pd電極，所述二碲化鈀薄膜接觸電極的厚度為30-300nm。

優(yōu)選的，所述二碲化鈀薄膜的厚度為10-100nm。

本發(fā)明所述顏色探測(cè)器的制備方法，是按如下步驟進(jìn)行：