[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

本發明提供了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，屬于紅外探測技術領域。本發明提供的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、源電極和漏電極和封裝層；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。在本發明中，聚酰亞胺襯底柔性高，熱導率低，在紅外光照射下襯底的溫度升高，產生熱效應增強了光子的散射，從而降低了載流子的遷移率，由此產生的負光電導降低了黑磷晶體管在開態時的電流，顯著提高了紅外探測器的光響應率。

技術領域

本發明涉及紅外探測技術領域，特別涉及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。

背景技術

紅外探測器以及紅外圖像在光學成像、生物醫療傳感、空間探測以及環境監測等領域具有廣泛的應用。隨著社會的發展，對于探測器性能提出了更高的要求，要求探測速度更快、探測波段更寬。二維材料因為其優異的光學、電學和機械性能而受到廣泛的關注。基于石墨烯材料制備的發光二極管(LED)、超快激光、激光調制器以及太陽能電池等光學原型器件已被大量報道。然而石墨烯材料由于其本身零帶隙的限制，因此器件的暗電流較大，產生較大的散粒噪聲導致器件探測性能較差。二維材料過渡硫族金屬化合物(TMDs)具有大的帶隙和強的光吸收，然而其響應速度慢，不能工作在通訊波段(1550nm)，難以實現紅外探測的要求。

研究發現黑磷(bP)是一種能從0.3eV(塊體)～2.0eV(單層)可調直接帶隙的材料，具有小的光電探測的噪聲，可應用于可見光到紅外光的探測領域。在室溫條件下，bP制備的場效應晶體管(FETs)載流子遷移率達到1000cm²/(V·s)，電流調制能力達到10⁵，具有較好的保持特性。

然而，以黑磷作為紅外探測器的場效應晶體管，器件的光響應效率不佳，報道的黑磷響應度在4～150mA/W。

發明內容

有鑒于此，本發明目的在于提供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，本發明提供的基于光熱效應的二維黑磷柔性紅外探測器紅外光照射下具有良好的光響應效率。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了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。

優選的，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。

優選的，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。

優選的，所述源電極和漏電極的材質為Au；所述封裝層的材質為Al₂O₃。

優選的，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。