[發明專利]一種異質結材料及其應用

有效

• 申請號: 202110437540.6
• 申請日: 2021-04-22
• 公開（公告）號: CN113206159B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 曾祥斌;王曦雅;胡一說;王文照;陸晶晶;王君豪;肖永紅;周宇飛;王士博;陳鐸;張茂發
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01L31/032
• 分類號: H01L31/032;H01L31/0216;H01L31/102;H01L31/18
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 尹麗媛;李智

本發明屬于半導體器件制備技術領域，具體涉及一種異質結材料及其應用，異質結材料包括：依次層疊設置的硒化鉬薄膜、第一鈍化層和硫化鉛薄膜；其中，硒化鉬薄膜通過激光輻射制備得到。該異質結材料可應用于光電探測器，其結構包括：絕緣襯底、上述異質結材料、鈍化層和電極。其中，采用激光輻射制備硒化鉬薄膜，磁控濺射制備硫化鉛薄膜，光刻選擇制備異質結區域。該光電探測器可探測紅外光和近紅外光，并且響應時間短、光響應度高，制備方法具有工藝簡便，成本低和大規模生產的優點，因此該異質結光電探測器具有非常廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于半導體器件制備技術領域，更具體地，涉及一種異質結材料及其應用。

背景技術

半導體光電探測器是利用半導體材料中的光電效應來接收和探測光信號的器件，是現代光電器件中不可或缺的部分。然而，現有的光電探測器存在光電轉換效率低、響應時間慢、探測波段有限等問題，因此，亟需研究一種高性能寬波段響應的紅外光電探測器。

二維材料異質結是指兩種或多種不同二維材料緊密接觸構成的復合結構，具有不同材料擁有的優異特性，能夠表現出不同于單一材料的性能，因此，以異質結為主體的光電器件性能往往比單一材料制備的同類器件性能更加優越。

現有的二維異質結材料存在一定的界面缺陷、功能不匹配等問題，且由于材料制備工藝的限制，制備大尺寸高質量的異質結較為困難，無法滿足工業化應用的需求。現有二維材料異質結制備方法多為轉移和化學沉積法，其中通過轉移方法獲得的薄膜，容易出現不平整、接觸不充分的現象，薄膜表面物質沒有去除干凈，存在氣泡、褶皺，這會影響異質結的質量。通過化學氣相沉積制備的異質結，生長位置、生長面積不可控，化學氣相沉積法無法穩定大規模地生產異質結。

因此，目前需要設計一種性能良好且制備可控的異質結以適用于光電半導體器件。

發明內容

本發明提供一種異質結材料及其應用，用以解決現有異質結制備不可控、性能有限的技術問題。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種異質結材料，包括：依次層疊設置的硒化鉬薄膜、第一鈍化層和硫化鉛薄膜；其中，所述硒化鉬薄膜通過以下方法制得：

將硒化鉬前驅體溶液旋涂至襯底上，用激光器照射所述襯底上的前驅體溶液得到硒化鉬薄膜。

本發明的有益效果是：首先，由于硒化鉬和硫化鉛材料的光電探測性能，該異質結可探測紅外光和近紅外光，并且光譜響應范圍廣、光吸收強度高，應用前景廣闊。其次，采用激光輻照來制備硒化鉬薄膜，通過激光輻照技術制備的硒化鉬薄膜具有高質量、尺寸大的特點，可根據需求在特定位置制備二維材料硒化鉬，并且通過改變工藝可確定薄膜的尺寸，該方法具有成本低、收率高和能大規模生產等特點。另外，在硒化鉬和硫化鉛薄膜之間設置鈍化層可減少材料之間的能極差，降低勢壘高度，可有效抑制界面缺陷產生。

上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。

進一步，所述第一鈍化層的材料為Al₂O₃。

本發明的進一步有益效果是：Al₂O₃材料具有合適的功函數和能帶位置，有利于降低界面缺陷態密度，提高異質結的性能。當將異質結應用于太陽能電池時可很好地調控界面。

進一步，所述硒化鉬薄膜的長度范圍為1cm～3cm、寬度范圍為5mm～20mm、薄膜厚度范圍為5nm～15nm。

本發明的進一步有益效果是：采用激光輻射方法制備硒化鉬薄膜，可制備連續、均勻且面積較大的薄膜。

進一步，所述硫化鉛薄膜的厚度范圍為50nm～300nm，所述異質結的長度范圍為5mm～30mm、寬度范圍為1mm～10mm，所述第一鈍化層的厚度為3nm～5nm。

本發明還提供一種如上所述的異質結材料的應用，應用于半導體器件。