[發明專利]一種光探測器及制備方法

在審

• 申請號: 202011593312.X
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112701189A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 呂燕飛;彭雪;蔡慶鋒;趙士超
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/109;H01L31/0392;C23C14/06;C23C14/16;C23C14/24;C23C14/35;C23C16/30;C23C28/00
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 楊舟濤

本發明公開了一種光探測器及制備方法，探測器包括WSe₂薄膜材料、ZnTe薄膜材料、n?Si基底和金屬電極；所述的n?Si基底上生長WSe₂薄膜，WSe₂薄膜上生長ZnTe薄膜，n?Si基底、ZnTe薄膜表面分別生長金屬電極。本發明制備的光探測器，以n型硅為基底，與集成電路工藝兼容；具有厚度薄、光響應快、可探測黃綠光到近紅外波段光的優點。

技術領域

本發明屬于器件制備領域，具體涉及一種硅(Si)、硒化鎢(WSe₂)、碲化鋅(ZnTe)作為光電轉換材料的可見光、近紅外光區域的光電探測器。

背景技術

光電探測器件是能將入射光信號轉變成電信號的器件。可探測不同波長的光輻射，用于成像、工業自動化控制、移動物體的跟蹤和控制等領域。

硒化鎢(WSe₂)、碲化鋅(ZnTe)是P型半導體材料，與n型硅(n-Si)半導體材料可以形成p-n結，由于三者材料的禁帶寬度(Eg)分別約為1.3eV(WSe₂)、2.25eV(ZnTe)、1.1eV(Si)，處于可見光和近紅外光區域，因此，可以實現可見光與近紅外光的探測，探測波長范圍約為550-1200nm。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提出了一種光探測器及制備方法。

一種光探測器，包括WSe₂薄膜材料、ZnTe薄膜材料、n-Si基底和金屬電極；所述的n-Si基底上生長WSe₂薄膜，WSe₂薄膜上生長ZnTe薄膜，n-Si基底、ZnTe薄膜表面分別生長金屬電極。

一種光探測器的制備方法，該方法具體包括以下步驟：

步驟(1).通過化學氣相沉積法在n-Si基底表面生長單原子層至10nm厚度的WSe₂薄膜；

WSe₂固體粉末1～5g，裝入石英舟中并放入電爐中的石英管內；石英舟放置在石英管的中間位置；將n-Si基底，用去離子水清洗后氮氣吹干，覆蓋在石英舟的上面；向石英管中輸入載氣氬氫混合氣，其中氫氣的體積含量為5％，載氣流量為100sccm；將石英管升溫至500～1000℃，升溫速率為20～30℃/min；溫度升至500～1000℃后保溫，保溫時間為10～120min；之后將石英管快速冷卻到室溫，冷卻速率為50～100℃/min，然后取出基底，在n-Si基底上獲得WS₂薄膜，厚度為單原子層至10nm；

步驟(2).在氬氣作為保護氣氛下，通過磁控濺射法在步驟(1)產物n-Si/WSe₂薄膜表面沉積ZnTe薄膜，薄膜厚度20-50nm；濺射靶材為ZnTe，通過該步驟，產物為n-Si/WSe₂/ZnTe疊層結構；

步驟(3).在n-Si/WSe₂/ZnTe表面沉積金屬電極；

通過熱蒸發設備，將金屬蒸鍍到薄膜表面；其中n-Si表面蒸鍍金屬鋁電極，ZnTe表面通過模板蒸鍍金電極；形成Al/n-Si/WSe₂/ZnTe/Au疊層結構；金屬電極厚度20-50nm。

作為優選，所述的石英管內徑為1英寸。

作為優選，所述的n-Si基底尺寸為2.5～3.5cm×1.5～2.0cm。

作為優選，步驟(1)所述WS₂固體粉末替換為氧化鎢和硒。

作為優選，所述磁控濺射為制備薄膜的常用設備。

本發明相對于現有技術具有的效果：本發明制備的光探測器，以n型硅為基底，與集成電路工藝兼容；具有厚度薄、光響應快、可探測黃綠光到近紅外波段光的優點。