[發(fā)明專利]一種增強型二維半導(dǎo)體光電探測器及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110233659.1
• 申請日: 2021-03-03
• 公開（公告）號: CN113013263A
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李春;胡浩;蘭長勇
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L31/02
• 分類號: H01L31/02;H01L31/032;H01L31/0352;H01L31/09;H01L31/18;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及到一種增強型二維半導(dǎo)體光電探測器及其制備方法，本發(fā)明包括由下至上的絕緣襯底1、金屬電極2、二維半導(dǎo)體薄膜3和貴金屬納米顆粒4。在絕緣襯底上光刻制備電極，化學氣相沉積(CVD)方法制備二維半導(dǎo)體材料，物理蒸鍍的貴金屬薄膜經(jīng)過高溫退火形成貴金屬納米顆粒。將制備的二維半導(dǎo)體薄膜和貴金屬納米顆粒依次轉(zhuǎn)移到制備的電極上，構(gòu)建復(fù)合結(jié)構(gòu)的光電探測器。本發(fā)明所涉及的光電探測器制備方法簡單，其具有低的暗電流和高的開關(guān)比。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于二維半導(dǎo)體光電探測器制備領(lǐng)域，特別涉及到二維半導(dǎo)體光電探測器的制備和器件性能提升的方法，更具體的涉及到引入貴金屬納米顆粒的一種增強型二維半導(dǎo)體光電探測器及其制備方法。

背景技術(shù)

在光電子系統(tǒng)中，光電探測器件是重要且關(guān)鍵的部件之一，在射線測量與探測、光度計量和紅外熱成像等領(lǐng)域都有廣泛運用。傳統(tǒng)的半導(dǎo)體光電探測器主要基于硅(Si)、鍺(Ge)和一些Ⅲ-Ⅴ族化合物材料，這些材料制備的光電導(dǎo)型探測器，其器件結(jié)構(gòu)簡單、成本低和響應(yīng)度高。即使高精端集成技術(shù)能夠使這些材料制備的器件商業(yè)化多年，但仍具有較高的暗電流和較低的歸一化探測率等不足。雖然PN結(jié)和PIN結(jié)的光電探測器可以有效降低暗態(tài)電流，但成本相對較高。二維半導(dǎo)體以其強烈的光與物質(zhì)相互作用特性、帶隙可調(diào)的寬光譜、柔性和易于集成等特點，或?qū)⒊蔀橄乱淮怆娞綔y器材料之一。目前，由于新型二維半導(dǎo)體摻雜相對困難，難以構(gòu)建PN結(jié)或PIN結(jié)，阻礙其發(fā)展應(yīng)用。光電導(dǎo)型探測器是二維半導(dǎo)體探測器應(yīng)用的重要發(fā)展方向，因為其結(jié)構(gòu)簡單和成本相對較低等優(yōu)點。針對如何簡化制備工藝，高效快速、低成本提高探測器的響應(yīng)度；如何降低探測器的暗電流提高歸一化探測率。本發(fā)明公開了一種增強型二維半導(dǎo)體光電導(dǎo)探測器及其制備方法。通過引入貴金屬來修飾二維半導(dǎo)體材料，從而提高探測器性能。利用貴金屬納米顆粒與光之間的相互作用，提高材料對光的吸收，從而提高響應(yīng)度。同時，在暗態(tài)下二維半導(dǎo)體中的一部分載流子能夠被運輸?shù)劫F金屬納米顆粒中，起到減小暗電流的效果。該方法制備的光電探測器具有結(jié)構(gòu)簡單，低的暗電流和高的開關(guān)比的優(yōu)點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種增強型二維半導(dǎo)體光電探測器及其制備方法。通過將物理蒸鍍后退火的貴金屬納米顆粒轉(zhuǎn)移到二維半導(dǎo)體材料上，制備結(jié)構(gòu)簡單的光導(dǎo)型光電探測器，該探測器具有較高的響應(yīng)度和極低的暗電流。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種增強型二維半導(dǎo)體光電探測器及其制備方法，包括從下到上的絕緣襯底、金屬電極、二維半導(dǎo)體材料以及貴金屬納米顆粒。其中二維半導(dǎo)體材料是通過化學氣相沉積(CVD)的方法制備，貴金屬納米顆粒是通過先物理鍍薄層貴金屬膜，再經(jīng)過高溫退火制備。貴金屬膜通過高溫退火方式形成貴金屬納米顆粒，再將貴金屬納米顆粒轉(zhuǎn)移到二維半導(dǎo)體材料上，其具備以下3個創(chuàng)新點：

(1)通過對貴金屬膜高溫退火形成貴金屬納米顆粒，不僅高效快速的制備貴金屬納米顆粒還降低成本。同時，不同厚度的貴金屬薄膜經(jīng)過高溫退火后，其形成的貴金屬顆粒大小也不同。

(2)引入的貴金屬納米顆粒與光相互作用，形成等離激元促進了二維半導(dǎo)體材料對入射光的吸收。

(3)在二維半導(dǎo)體/貴金屬納米顆粒的復(fù)合結(jié)構(gòu)中，貴金屬的功函數(shù)大于二維半導(dǎo)體二維半導(dǎo)體的功函數(shù)，二維半導(dǎo)體材料中一部分電子會轉(zhuǎn)移到貴金屬納米顆粒中，減少暗態(tài)下二維半導(dǎo)體中的載流子數(shù)目，起到減小暗電流的作用。

本發(fā)明提供了一種增強型二維半導(dǎo)體光電探測器及其制備方法，包括如下步驟：

步驟1：在絕緣襯底上用光刻的方法制備陣列電極形狀。

步驟2：在步驟1刻好電極形狀的基底上制備金屬電極。

步驟3：將制備的二維半導(dǎo)體薄膜轉(zhuǎn)移到步驟2的電極上。

步驟4：將貴金屬顆粒轉(zhuǎn)移到步驟3的二維半導(dǎo)體薄膜上，形成復(fù)合結(jié)構(gòu)。

在本發(fā)明的所述步驟1中光刻方法如下：