[發明專利]集成有波導的低維材料異質結光電探測器的制備方法

有效

• 申請號: 202110402093.0
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN113270517B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 蔣青松;白雨馳;張宇林;季仁東;周廣宏
• 申請（專利權）人: 淮陰工學院
• 主分類號: H01L31/109
• 分類號: H01L31/109;H01L31/0232;H01L31/18
• 代理公司: 淮安市科文知識產權事務所 32223
• 代理人: 廖娜;李鋒

1.一種集成有波導的低維材料異質結光電探測器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：在襯底（1）上表面通過電子束曝光或者光刻以及ICP刻蝕工藝制備出1×2光分束器（4）、光波導（2）及其光耦合輸入端（3）；

S2：在所述光波導（2）上沉積低折射率材料層，然后利用化學機械拋光技術，實現所述光波導（2）表面以及兩側平坦化；

S3：在平坦化后的所述光波導（2）上表面轉移二硫化鉬薄膜材料層（501）；

S4：將片狀氮化硼薄膜材料層（502）和黑鱗薄膜材料層（503）依次機械轉移至所述二硫化鉬薄膜材料層（501）上表面，利用電子束曝光或光刻，以及氧等離子刻蝕工藝，除去多余的所述二硫化鉬薄膜材料層（501）、氮化硼薄膜材料層（502）和黑鱗薄膜材料層（503），形成低維材料異質結薄膜（5）；

S5：在所述低維材料異質結薄膜（5）兩側沉積金屬材料層，形成正電極（6）和負電極（7）。

2.根據權利要求1所述的集成有波導的低維材料異質結光電探測器的制備方法，其特征在于，在所述S3中，還在平坦化后的所述光波導（2）上表面轉移石墨烯薄膜材料層；

在所述S4中，還除去多余的所述石墨烯材料層形成石墨烯電阻區域；

在所述S5中，在所述光波導（2）的兩側，所述石墨烯電阻區域還形成第一石墨烯電阻加熱器（8）和第二石墨烯電阻加熱器（9）。

3.根據權利要求1所述的集成有波導的低維材料異質結光電探測器的制備方法，其特征在于，包括：

襯底（1），形成于所述襯底（1）上的光波導（2），設置在所述光波導（2）的光耦合輸入端（3）的1×2光分束器（4），覆蓋在所述光波導（2）表面上的低維材料異質結薄膜（5），在所述低維材料異質結薄膜（5）兩端、所述光波導（2）兩側還分別覆蓋正電極（6）和負電極（7）；所述低維材料異質結薄膜（5）與所述光波導（2）的傳輸方向垂直設置；在所述光波導（2）與所述低維材料異質結薄膜（5）的相互作用區，所述光波導（2）為兩個錐型波導結構相對設置的結構。

4.根據權利要求1所述的集成有波導的低維材料異質結光電探測器的制備方法，其特征在于，所述低維材料異質結薄膜（5）由自下而上依次覆蓋的二硫化鉬薄膜材料層（501）、氮化硼薄膜材料層（502）和黑鱗薄膜材料層（503）組成。

5.根據權利要求4所述的集成有波導的低維材料異質結光電探測器的制備方法，其特征在于，所述二硫化鉬薄膜材料層（501）的厚度為1nm~20nm，帶隙變化范圍為1.2eV~1.8eV；

所述黑鱗薄膜材料層（503）的厚度為1nm~20nm，帶隙變化范圍為0.3eV~1eV。

6.根據權利要求3至5中任一項所述的集成有波導的低維材料異質結光電探測器的制備方法，其特征在于，在所述光波導（2）的兩側還分別設置有第一石墨烯電阻加熱器（8）和第二石墨烯電阻加熱器（9）。

7.根據權利要求6所述的集成有波導的低維材料異質結光電探測器的制備方法，其特征在于，所述第一石墨烯電阻加熱器（8）和所述第二石墨烯電阻加熱器（9）分別距離所述光波導200nm-3000nm。

8.根據權利要求1至5中任一項所述的集成有波導的低維材料異質結光電探測器的制備方法，其特征在于，所述光波導（2）的材料為在400-4000nm光波段范圍具有低傳輸損耗的材料。

9.根據權利要求8所述的集成有波導的低維材料異質結光電探測器的制備方法，其特征在于，所述光波導（2）的材料為氮化硅材料、鈮酸鋰材料或氮化鋁材料。

10.根據權利要求1至5中任一項所述的集成有波導的低維材料異質結光電探測器的制備方法，其特征在于，所述正電極（6）和所述負電極（7）距離所述光波導的最小間距均大于500nm。