[發(fā)明專利]一種SiC基二硫化鎢紫外-可見光電探測器及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110251934.2
• 申請日: 2021-03-08
• 公開（公告）號: CN113097334B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李京波;張帥;高偉;張峰;岳倩;鄭濤
• 申請（專利權(quán)）人: 華南師范大學(xué)
• 主分類號: H01L31/101
• 分類號: H01L31/101;H01L31/113;H01L31/0224;H01L31/18
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務(wù)所 44329
• 代理人: 彭玉婷

本發(fā)明屬于紫外?可見探測技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種SiC基二硫化鎢紫外?可見光電探測器及其制備方法和應(yīng)用。該探測器的結(jié)構(gòu)為背電極/n⁺SiC(360μm)/n^?SiC(11μm)/對稱電極/WS₂納米片；所述探測器先在SiO₂/Si襯底上通過機械剝離制備微米尺寸的不規(guī)則WS₂納米片；再通過PVA干法轉(zhuǎn)移工藝，將WS₂轉(zhuǎn)移至已通過光刻蒸鍍工藝沉積對稱電極的SiC襯底上，最后將附有WS₂/PVA膜的SiC襯底放入50～60℃去離子水或二甲基亞砜中加熱使PVA膜溶解；保護氣氛中在100～250℃退火獲得。本發(fā)明提高了WS₂探測器的性能，促進了SiC基二維材料功能器件的應(yīng)用發(fā)展，有利于商業(yè)化推廣。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于紫外-可見探測技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種SiC基二硫化鎢紫外-可見光電探測器及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

光電探測技術(shù)是影響人類現(xiàn)代生活的眾多技術(shù)之一，具有高靈敏度、低噪聲、快速響應(yīng)以及寬譜探測的光電器件是豐富和方便人們?nèi)粘Ｉ畹钠惹幸螅籗iC作為第三代寬禁帶半導(dǎo)體，具有高熱導(dǎo)率、高擊穿場強、高飽和電子偏移速率以及良好的紫外-可見探測等優(yōu)點。在黑暗下，SiC可以作為絕緣體充當(dāng)器件的介電層；在合適光照下，SiC可以作為半導(dǎo)體充當(dāng)器件的外延感光層。然而，目前SiC基光電探測器大部分應(yīng)用于紫外探測領(lǐng)域，在紫外-可見領(lǐng)域涉足較少，沒有完全發(fā)揮出SiC探測器在耐高溫耐高壓和寬譜探測的潛力。同時，SiC基器件選擇的感光材料仍然以寬禁帶氧化物為主，如Ga₂O₃、ZnO等。

自從2004年石墨烯被成功剝離以來，原子級別厚度的二維層狀材料作為一個豐富的材料體系，涌現(xiàn)出了黑磷、六方氮化硼、石墨炔等。其中，過渡金屬硫族化合物(TMDCs)如WS₂是在范德瓦爾斯力相互作用下以三明治鏈接層層堆疊而成，具有層數(shù)可調(diào)帶隙和高光吸收效率的特征。一般來說，單層結(jié)構(gòu)擁有直接帶隙、高載流子遷移率以及較高的熒光量子產(chǎn)率，在諸如隧穿晶體管、超薄光電探測器、發(fā)光二極管等光電子和光收集器件的應(yīng)用上有著優(yōu)異的表現(xiàn)，并且由于弱的范德瓦爾斯力結(jié)合以及無需考慮晶格失配限制，不同TMDCs材料可以自由堆疊形成異質(zhì)結(jié)，從而得到單一材料所不具有的新奇光學(xué)、電學(xué)性質(zhì)。然而，WS₂光電探測器大部分仍然以SiO₂/Si襯底和頂金屬-半導(dǎo)體接觸為主，這樣大大限制了其電學(xué)和光電性能的進一步提高。同時，以往的異質(zhì)結(jié)堆疊大多數(shù)是WS₂與其他二維材料、Si、GaAs等結(jié)合，這些器件一般都僅僅利用另一組分的導(dǎo)電性和光吸收，沒有實現(xiàn)多功能調(diào)控光電性能的效果。最重要的是，光刻圖案在材料上制作的器件在金屬-半導(dǎo)體界面處容易產(chǎn)生費米能級釘扎效應(yīng)等問題，從而導(dǎo)致較大的暗電流、低開路電流密度和較大的噪聲等效功率，也減少了材料的感光面積以及延長了光生載流子傳輸距離，從而降低了器件的靈敏度、比探測率和響應(yīng)時間。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足和缺點，本發(fā)明目的在于提供一種SiC基二硫化鎢紫外-可見光電探測器。該探測器在黑暗條件具有明顯的肖特基接觸現(xiàn)象，光照下具有較大的光開關(guān)比(10⁴)、快速光響應(yīng)(20～40ms)、高靈敏(最大R達60A/W，最大比探測率達5×10¹¹Jones，外量子效率為238％)，并且n^-SiC(11μm)/n⁺SiC(360μm)襯底具有底柵調(diào)控WS₂的特點。