[發明專利]一種基于光熱效應的二維黑磷柔性紅外探測器及其制備方法

在審

• 申請號: 202310062812.8
• 申請日: 2023-01-16
• 公開（公告）號: CN115911159A
• 公開（公告）日: 2023-04-04
• 發明（設計）人: 苗金水;李唐鑫;胡偉達
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: H01L31/0392
• 分類號: H01L31/0392;H01L31/113;H01L31/0232;H01L31/18
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王立普

1.一種基于光熱效應的二維黑磷柔性紅外探測器，包括紅外探測器基體、源電極、漏電極和封裝層；

所述紅外探測器基體包括依次層疊的聚酰亞胺襯底、柵電極層、柵氧化層和黑磷層；

所述源電極和漏電極位于所述黑磷層表面；

所述封裝層位于所述紅外探測器基體的黑磷層一側、覆蓋所述紅外探測器基體且裸露出所述源電極和漏電極。

2.根據權利要求1所述的基于光熱效應的二維黑磷柔性紅外探測器，其特征在于，所述黑磷層由黑磷納米片組成，單片黑磷納米片的片徑為10～15μm，厚度為10～20nm。

3.根據權利要求1所述的基于光熱效應的二維黑磷柔性紅外探測器，其特征在于，所述柵電極層包括Ti層和Au層，所述Ti層與聚酰亞胺襯底接觸；

所述柵氧化層的材質為Al₂O₃。

4.根據權利要求1所述的基于光熱效應的二維黑磷柔性紅外探測器，其特征在于，所述源電極和漏電極的材質為Au；所述封裝層的材質為Al₂O₃。

5.根據權利要求1或2所述的基于光熱效應的二維黑磷柔性紅外探測器，其特征在于，所述聚酰亞胺襯底的厚度為8～10μm；

所述柵電極層的厚度為30～45nm；

所述柵氧化層的厚度為10～15nm；

所述黑磷層的厚度為10～20nm；

所述源電極和漏電極的厚度為30～50nm；

所述封裝層的厚度為10～15nm。

6.權利要求1～5任意一項所述的基于光熱效應的二維黑磷柔性紅外探測器的制備方法，包括以下步驟：

(1)將液態聚酰亞胺加載至基底表面，加熱成膜，于基底表面獲得聚酰亞胺襯底；

(2)在所述聚酰亞胺襯底表面蒸鍍柵電極原料，于聚酰亞胺襯底表面獲得柵電極層；

(3)在所述柵電極層表面原子層沉積柵氧化層，于柵電極層表面獲得柵氧化層；

(4)在所述柵氧化層表面加載黑磷納米片，在黑磷納米片上加載光刻膠，于柵氧化層表面獲得覆蓋有光刻膠的黑磷層；

(5)刻蝕光刻膠，在黑磷層表面裸露出源電極和漏電極窗口，在光刻膠和裸露窗口表面蒸鍍源電極和漏電極層，剝離光刻膠，于黑磷層表面獲得源電極和漏電極；

(6)在所述紅外探測器基體的黑磷層一側原子層沉積封裝層，原子層沉積時裸露出源電極和漏電極，于紅外探測器基體表面獲得封裝層；

(7)去除基底，得到基于光熱效應的二維黑磷柔性紅外探測器。

7.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中液態聚酰亞胺加載至基底表面的方式為旋涂，所述旋涂的速率為2000～3000rpm，時間為60～90s；

所述加熱成膜的溫度為250～300℃，時間為5～10min。

8.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)和步驟(5)中蒸鍍的溫度獨立為1200～1500℃，速率獨立為所得蒸鍍的真空度獨立為6×10^-7～1×10^-6Torr。

9.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，步所述驟(3)和步驟(6)中原子層沉積的前驅體為三甲基鋁和水，所述原子層沉積的溫度為120～150℃，時間為90～120min。

10.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述刻蝕光刻膠的方式為電子束曝光；所述剝離光刻膠的方式為浸漬丙酮。