[發明專利]一種鐵電局域場增強的偏振光電探測器及其制備方法

在審

• 申請號: 202210143827.2
• 申請日: 2022-02-17
• 公開（公告）號: CN114512614A
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 王旭東;伍帥琴;陳艷;王建祿;沈宏;林鐵;孟祥建;褚君浩
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: H01L51/46
• 分類號: H01L51/46;H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 韓雪梅

1.一種鐵電局域場增強的偏振光電探測器，其特征在于，從下向上觀測依次是襯底、二維半導體層、金屬電極對以及鐵電薄膜層；

所述二維半導體層的材料為黑磷；所述鐵電薄膜層的材料為聚偏氟乙烯基鐵電聚合物；

所述金屬電極對包括第一金屬電極和第二金屬電極；所述第一金屬電極和所述第二金屬電極之間形成的溝道結構暴露出部分所述二維半導體層；其中，通過對所述鐵電薄膜層電極化后暴露出的部分所述二維半導體層形成面內PN結。

2.根據權利要求1所述的一種鐵電局域場增強的偏振光電探測器，其特征在于，所述襯底包括硅基底以及設置在所述硅基底上的二氧化硅層；所述襯底的厚度為0.3-0.5毫米。

3.根據權利要求1所述的一種鐵電局域場增強的偏振光電探測器，其特征在于，所述二維半導體層的厚度為5-15納米，鐵電薄膜層的厚度為50-200納米。

4.根據權利要求1所述的一種鐵電局域場增強的偏振光電探測器，其特征在于，所述第一金屬電極和所述第二金屬電極均為鉻金復合電極；所述鉻金復合電極包括鉻層以及設置在所述鉻層上的金層；其中，所述鉻層的厚度為10納米，所述金層的厚度為20納米。

5.一種鐵電局域場增強的偏振光電探測器的制備方法，其特征在于，包括：

采用機械剝離轉移工藝將二維半導體材料轉移至襯底表面，以生成二維半導體層；所述二維半導體材料為黑磷；

采用電子束光刻技術、熱蒸發金屬工藝及剝離工藝在所述二維半導體層上制備金屬電極對；所述金屬電極對包括第一金屬電極和第二金屬電極；所述第一金屬電極和所述第二金屬電極之間形成的溝道結構；

采用旋涂工藝在目標器件上制備鐵電薄膜層，得到目標樣品；所述鐵電薄膜層的材料為聚偏氟乙烯基鐵電聚合物；所述目標器件包括所述襯底、設置在所述襯底上的二維半導體層以及設置在所述二維半導體層上的金屬電極對。

6.根據權利要求5所述的一種鐵電局域場增強的偏振光電探測器的制備方法，其特征在于，還包括：

利用壓電力顯微鏡極化所述目標樣品中的鐵電薄膜層，從而使所述溝道結構所暴露出的二維半導體層形成面內PN結。

7.根據權利要求5所述的一種鐵電局域場增強的偏振光電探測器的制備方法，其特征在于，所述采用機械剝離轉移工藝將二維半導體材料轉移至襯底表面，以生成二維半導體層，具體包括：

在具有氮氣氛圍的手套箱中采用機械剝離轉移工藝將將二維半導體材料轉移至襯底表面，以生成二維半導體層；

其中，所述襯底包括硅基底以及設置在所述硅基底上的二氧化硅層；所述二維半導體層的厚度為5-15納米。

8.根據權利要求5所述的一種鐵電局域場增強的偏振光電探測器的制備方法，其特征在于，所述采用電子束光刻技術、熱蒸發金屬工藝及剝離工藝在所述二維半導體層上制備金屬電極對，具體包括：

采用電子束光刻技術在所述二維半導體層上制備金屬電極圖形；

采用熱蒸發金屬工藝在所述金屬電極圖形上制備樣品金屬電極；

采用剝離工藝，剝離所述樣品金屬電極上的金屬膜，獲得金屬電極對；

其中，所述第一金屬電極和所述第二金屬電極均為鉻金復合電極；所述鉻金復合電極包括鉻層以及設置在所述鉻層上的金層；所述鉻層的厚度為10納米，所述金層的厚度為20納米。

9.根據權利要求5所述的一種鐵電局域場增強的偏振光電探測器的制備方法，其特征在于，所述采用旋涂工藝在目標器件上制備鐵電薄膜層，得到目標樣品，具體包括：

在具有氮氣氛圍的手套箱中，運用旋涂工藝在目標器件上制備鐵電薄膜層，得到初步目標樣品；

將所述初步目標樣品放置在熱板上，并在135℃下退火2-4小時，得到最終的目標樣品；所述鐵電薄膜層的厚度為50-200納米。

10.根據權利要求6所述的一種鐵電局域場增強的偏振光電探測器的制備方法，其特征在于，所述利用壓電力顯微鏡極化所述目標樣品中的鐵電薄膜層，從而使所述溝道結構所暴露出的二維半導體層形成面內PN結，得到偏振光電探測器，具體包括：

將壓電力顯微鏡中的導電探針以接觸模式對所述目標樣品進行掃描，確定所述鐵電薄膜層；

將信號發生器產生的電壓通過導電探針施加在所述鐵電薄膜層上，從而調控目標二維半導體層分別為電子導電和空穴導電，最終使所述目標二維半導體層形成面內PN結，得到偏振光電探測器；

其中，在所述鐵電薄膜層的一側施加正電壓，在所述鐵電薄膜層的另一側施加負電壓。