[發明專利]一種基于低維材料的波導晶體管探測器及其制備方法

有效

• 申請號: 202110013746.6
• 申請日: 2021-01-06
• 公開（公告）號: CN112331728B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 周志強;王丹;劉巍;王任凡
• 申請（專利權）人: 武漢敏芯半導體股份有限公司
• 主分類號: H01L31/0232
• 分類號: H01L31/0232;H01L31/113;H01L31/18
• 代理公司: 北京中強智尚知識產權代理有限公司 11448
• 代理人: 黃耀威

本發明實施例公開了一種基于低維材料的波導晶體管探測器及其制備方法，其中，波導晶體管探測器包括：SOI層，包括底層和波導，在底層上設置波導；低維半導體層，覆蓋在SOI層和波導上方；源極，設置在低維半導體層的上方，位于波導的一側；漏極，設置在低維半導體層的上方，位于波導的另一側；柵極，設置在低維半導體層的上方，位于波導的上方；柵介質層，柵介質層覆蓋在位于波導頂部的低維半導體層上方，柵極設置在柵介質層的上方。使用低維材料是直接帶隙材料，能提高光電轉換效率；探測器集成在波導上，不用犧牲折中光吸收效率和器件工作帶寬；低維材料和波導集成不用外延，避免晶格失配，利用柵電極調控器件工作在關態，降低暗電流，提高靈敏度。

技術領域

本發明屬于機械制作技術領域，特別是涉及一種基于低維材料的波導晶體管探測器及其制備方法。

背景技術

光電探測器是光電子系統的重要組成部分，能利用光電效應將光輻射能轉換成電子器件可以處理的電信號，其應用已經滲透于軍事和國民經濟的各個領域。近年來，光電信息技術發展迅猛，人們對光電探測器的要求也隨之提高，希望器件能夠響應度高，光學譜寬大，靈敏度高，響應時間快，成本低，可集成化和小型化等。因此，發展和探索新型光電探測器具有十分重要的意義。

目前的光電探測器具有如下缺點：

1、構建光電探測器的材料使用III-V族化合物材料，族化合物材料難以提純，難以實現大尺寸晶圓，因此III-V族化合物材料構建的光電探測器成本昂貴且產能不足。

2、硅是間接材料，不適合制備光電探測器。

3、為實現光電子集成電路，III-V族化合物材料和Si/Ge與硅基的集成需要引入鍵合技術和異質外延技術，增加工藝難度和成本的同時，引入的寄生參數和實晶格失配，導致器件性能下降，如暗電流增加，靈敏度降低等。

4、傳統的光電探測器為權衡光吸收效率和工作帶寬，需要在器件性能中做出犧牲。

發明內容

鑒于上述問題，本發明提出了一種以便克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的基于低維材料的波導晶體管探測器及其制備方法。

根據本發明實施例的第一方面，提供一種基于低維材料的波導晶體管探測器，包括：

SOI層，所述SOI層包括：底層和波導，在底層上設有波導；

低維半導體層，覆蓋在所述底層和所述波導上方；

源極，設置在所述低維半導體層的上方，位于所述波導的一側；

漏極，設置在所述低維半導體層的上方，位于所述波導的另一側；

柵極，設置在所述低維半導體層的上方，位于所述波導的上方；

柵介質層，所述柵介質層覆蓋在位于所述波導頂部的低維半導體層上方，所述柵極設置在所述柵介質層的上方。

進一步地，所述底層包括：硅襯底層和二氧化硅層，在所述硅襯底層上覆蓋二氧化硅層，所述波導設置在所述二氧化硅層的中線上。

進一步地，還包括隔離層，覆蓋在所述二氧化硅層和所述波導上方，所述低維半導體層覆蓋在所述隔離層上方。

進一步地，所述隔離層的選用材料包括：氧化鋁和/或氧化鉿。

進一步地，波導包括但不限于下列至少之一：硅波導、SiO2波導、Si3N4波導。

進一步地，所述柵介質層的選用材料包括：氧化鋁和/或氧化鉿。

進一步地，所述低維半導體層的材料選用下列至少之一：碳納米管薄膜、黑磷、二硫化鉬、二硫化鎢。

進一步地，所述源極和所述漏極的選用材料包括下列至少之一：鈦、金、鈀、鉑、鈧。