[發明專利]一種二硫化鉬/二硫化鎢紅外雙色探測器及其制備方法在審

申請號：	202110580063.9	申請日：	2021-05-26
公開（公告）號：	CN113299779A	公開（公告）日：	2021-08-24
發明（設計）人：	王東博;劉東昊;張冰珂;胡云飛;王金忠;矯淑杰	申請（專利權）人：	哈爾濱工業大學
主分類號：	H01L31/032	分類號：	H01L31/032;H01L31/102;H01L31/18
代理公司：	哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206	代理人：	李智慧
地址：	150001 黑龍***	國省代碼：	黑龍江;23
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種二硫化鉬硫化紅外探測器及其制備方法
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【說明書】：

本發明公開了一種二硫化鉬/二硫化鎢紅外雙色探測器及其制備方法，所述探測器包括藍寶石襯底、MoS₂層、WS₂層和金電極，藍寶石襯底上生長MoS₂層，MoS₂層上生長WS₂層，金電極設置在MoS₂層和WS₂層上，具體制備方法如下：一、利用磁控濺射技術在藍寶石襯底上生長MoS₂層；二、利用CVD技術在MoS₂層上生長WS₂層；三、利用磁控濺射技術在MoS₂層和WS₂層表面蒸鍍金電極。本發明利用WS₂層與MoS₂層構成超晶格，通過調節厚度，在超晶格中形成多個子帶能級，能級帶隙滿足中波雙色紅外探測要求，當入射光子大于等于超晶格的自帶能級時，光生載流子可以在子帶間躍遷，超晶格的電導率增加，實現紅外雙波段探測。

技術領域

本發明屬于光電探測成像探測技術領域，涉及一種紅外雙色探測器及其制備方法，具體涉及一種垂直堆疊MoS₂/WS₂紅外雙色探測器及其制備方法。

背景技術

紅外探測器把接收到的紅外輻射轉換成相應的電信號，是紅外技術的核心，紅外探測器的發展引領也制約著紅外技術的發展。在過去的幾十年里，大量的新型材料、新穎器件不斷涌現，紅外光電探測器完成了第一代的單元、多元光導器件向第二代凝視型紅外焦平面器件的跨越，正朝著以高工作溫度、高探測率、大面陣、低成本、多光譜為特征的第三代紅外焦平面技術的方向發展。

目前，實用化的紅外雙色探測器主要由HgCdTe、銻化物超晶格、III-V族量子阱等材料構成，制備方式主要以分子束外延為主，為實現紅外雙色探測響應，通常采用復雜的結構。高昂的制備成本與復雜的材料結構與紅外光電探測器低成本、小型化、低功耗的發展理念不符。因此，如何實現低成本、簡單結構紅外雙色探測，是目前紅外探測器發展亟待解決的問題。

二維過渡金屬二硫化物（ransition Metal Dichalcogenides，TMDs），因其優異的物理特性，在光電探測領域頗具優勢。過渡金屬硫化物是二維原子材料中重要的一員，其分子式為MX₂，其中M代表過渡金屬元素，X代表硫族元素。二硫化鉬（MoS₂）是典型的層狀過渡金屬硫族化合物。塊狀MoS₂是由厚度約為6.5埃的S-Mo-S分子層構成，層與層之間通過范德瓦爾斯力結合在一起，可以通過機械剝離法來制備少層WS₂，大面積的MoS₂還可通過CVD法制備。在單層MoS₂內硫原子和鉬原子通過共價鍵結合，這導致MoS₂的機械強度是鋼鐵的30倍，而且在惰性氣體保護下，當溫度達到1100 ℃時還能保持其穩定性。MoS₂帶隙隨分子層厚度而改變，塊狀是帶隙為1.2 eV的間接帶隙半導體，而單層的卻是帶隙為1.8 eV的直接帶隙半導體。MoS₂遷移率超過200 cm² V^-1 S^-1，電流的開關比能達到10⁸，化學性質穩定，有良好的機械性能，這些都使MoS₂在光電探測方面存在巨大的應用前景。