[發(fā)明專利]一種基于混維Sn-CdS/碲化鉬異質(zhì)結(jié)的光電探測(cè)器及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111493107.0
• 申請(qǐng)日: 2021-12-08
• 公開（公告）號(hào): CN114497248A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張黎;韓曉寧;張?jiān)姾?/a>;李京波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南師范大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L31/0336
• 分類號(hào): H01L31/0336;H01L31/0352;H01L31/102;H01L31/18
• 代理公司: 廣東廣信君達(dá)律師事務(wù)所 44329
• 代理人: 彭玉婷

本發(fā)明屬于電子器件技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種基于混維Sn?CdS/碲化鉬異質(zhì)結(jié)的光電探測(cè)器及其制備方法。所述光電探測(cè)器的結(jié)構(gòu)為電極/Sn?CdS/MoTe₂異質(zhì)結(jié)/電極；所述Sn?CdS/MoTe₂異質(zhì)結(jié)中Sn?CdS為Sn摻雜CdS納米線，MoTe₂為納米片；Sn?CdS/MoTe₂異質(zhì)結(jié)不與電極接觸。該基于混維Sn?CdS/MoTe₂異質(zhì)結(jié)的光電探測(cè)器具有優(yōu)越的吸光能力與載流子傳輸能力。該光電探測(cè)器在325～808nm波長(zhǎng)內(nèi)具有較高的響應(yīng)率(400～600mA/W)和探測(cè)率(10¹²～10¹³Jones)。本發(fā)明的工藝簡(jiǎn)單易操作，為基于混維半導(dǎo)體材料異質(zhì)結(jié)的高性能光電探測(cè)器的研究提供了思路。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電子器件技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于混維Sn-CdS/碲化鉬(MoTe₂)異質(zhì)結(jié)的光電探測(cè)器及其制備方法。

背景技術(shù)

自2004年石墨烯被機(jī)械剝離出來以來，研究者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)和研究了許多二維材料，如黑磷、h-BN和過渡金屬二硫?qū)僭鼗?TMD)。其中，碲化鉬(MoTe₂)具有獨(dú)特的特性，如高外量子產(chǎn)率(10-15％)、高載流子遷移率(30-40cm²/Vs)和自旋軌道耦合較大，使其成為下一代光電子學(xué)應(yīng)用的候選者。然而，仍存在一些固有的材料問題，基于單個(gè)MoTe₂的光電探測(cè)器的性能總是不盡如人意。一方面，由于其納米級(jí)(10-100nm)的厚度，2D MoTe₂表現(xiàn)出較差的光吸收(光吸收系數(shù)4-5×10⁴cm^-1)。此外，帶電雜質(zhì)的散射、來自相鄰電介質(zhì)的界面庫(kù)侖雜質(zhì)和表面極性聲子散射都會(huì)影響光生載流子的傳輸。另一方面，由于缺乏有效的光電導(dǎo)增益，在激發(fā)一個(gè)入射光子時(shí)不能產(chǎn)生多個(gè)電荷載流子。因此，單個(gè)基于MoTe₂的光電探測(cè)器件的響應(yīng)度通常非常低。

構(gòu)建由二維材料和其他低維材料組成的異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器已被證明是提高器件性能的有效方法之一。特別是，由于二維材料的無懸空鍵表面，可以在不考慮晶格匹配的情況下輕松構(gòu)建范德華異質(zhì)結(jié)(vdWs)。在這方面，硫化鎘(CdS)作為吸引人的光電子學(xué)光敏材料而備受關(guān)注。CdS具有獨(dú)特的特性，包括室溫下2.4eV的直接帶隙、較強(qiáng)的光與物質(zhì)相互作用、以及出色的熱和化學(xué)穩(wěn)定性。此外，CdS還表現(xiàn)出出色的載流子傳輸能力，使光生載流子能夠快速有效地移動(dòng)。因此，結(jié)合各組分的優(yōu)點(diǎn)構(gòu)建由二維MoTe₂和CdS納米結(jié)構(gòu)組成的混合結(jié)構(gòu)是高性能光電探測(cè)器的潛在解決方案。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決以上半金屬基的光電探測(cè)器面臨的問題，本發(fā)明的首要目的在于提供一種基于混維Sn-CdS/MoTe₂異質(zhì)結(jié)的光電探測(cè)器。采用Sn摻雜CdS納米線與二維MoTe₂構(gòu)建的混維異質(zhì)結(jié)，以解決單一材料存在的偏壓下較大的暗電流(10^-7～10^-6A)、光吸收較差和光電導(dǎo)增益較小等問題，實(shí)現(xiàn)了高響應(yīng)度(400～600mA/W)，高探測(cè)率(10¹²～10¹³Jones)、寬譜快速(8～15ms)的光響應(yīng)。

本發(fā)明的另一目的在于提供上述基于混維Sn-CdS/MoTe₂異質(zhì)結(jié)的光電探測(cè)器的制備方法。

本發(fā)明的再一目的在于提供上述基于混維Sn-CdS/MoTe₂異質(zhì)結(jié)的光電探測(cè)器的應(yīng)用。

本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：