一种硅兼容双极性异质结紫外-近红外双波段光电探测器及其制备方法转让专利
申请号 : CN202010931651.8
文献号 : CN112002781B
文献日 : 2021-08-17
发明人 : 于永强 , 徐艳 , 宋龙梅 , 夏宇 , 许高斌 , 马渊明 , 陈兴
申请人 : 合肥工业大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种硅兼容双极性异质结紫外‑近红外双波段光电探测器,其特征在于:所述紫外‑近红外双波段光电探测器是以单晶硅衬底(5)作为基底,在所述单晶硅衬底(5)的上、下表面皆设置有SiO2绝缘层(4);在各层SiO2绝缘层(4)的中心、沿SiO2绝缘层的厚度方向皆形成有一盲孔,所述盲孔的深度与所述SiO2绝缘层的厚度相等;在单晶硅衬底上表面的盲孔内沉积有二维2H‑MoSe2材料(1)、下表面的盲孔内沉积有二维1T‑WS2材料(2),且所述二维2H‑MoSe2材料(1)与所述二维1T‑WS2材料(2)的厚度与盲孔深度相等;
所述二维2H‑MoSe2材料(1)与所述二维1T‑WS2材料(2)分别位于单晶硅衬底(5)的上、下表面,形成2H‑MoSe2/Si/1T‑WS2双极性异质结;
在位于单晶硅衬底上表面的二维2H‑MoSe2材料(1)上设置有顶电极(3),在位于单晶硅衬底下表面的二维1T‑WS2材料(2)下设置有底电极(6),所述顶电极(3)及所述底电极(6)分别与相应的二维2H‑MoSe2材料(1)和二维1T‑WS2材料(2)形成欧姆接触。
2.根据权利要求1所述的硅兼容双极性异质结紫外‑近红外双波段光电探测器,其特征在于:所述单晶硅衬底(5)的厚度为100μm‑500μm。
3.根据权利要求1所述的硅兼容双极性异质结紫外‑近红外双波段光电探测器,其特征在于:所述SiO2绝缘层(4)的厚度为50‑200nm。
4.根据权利要求1所述的硅兼容双极性异质结紫外‑近红外双波段光电探测器,其特征在于:所述底电极(6)为Au电极或Ag电极,所述底电极(6)的厚度为20nm‑300nm。
5.根据权利要求1所述的硅兼容双极性异质结紫外‑近红外双波段光电探测器,其特征在于:所述顶电极(3)为石墨烯电极。
6.一种权利要求1~5中任意一项所述的硅兼容双极性异质结紫外‑近红外双波段光电探测器的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:a、在单晶硅衬底的上、下表面氧化生成SiO2绝缘层;
b、在各层SiO2绝缘层的中心、沿SiO2绝缘层的厚度方向通过光刻各形成一盲孔,且盲孔的深度与所述SiO2绝缘层的厚度相等,以暴露单晶硅衬底;
c、通过脉冲激光沉积法,在单晶硅衬底上、下表面的盲孔内分别制备二维2H‑MoSe2材料和二维1T‑WS2材料,且二维2H‑MoSe2材料和二维1T‑WS2材料的厚度与盲孔深度相等、大小与盲孔相同;
d、在位于单晶硅衬底下表面的二维1T‑WS2材料上蒸镀底电极,在位于单晶硅衬底上表面的二维2H‑MoSe2材料上设置顶电极,所述顶电极及所述底电极完全覆盖相应的二维1T‑WS2材料,即完成硅兼容双极性异质结紫外‑近红外双波段光电探测器的制备。
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于:步骤c中,利用脉冲激光沉积法制备二维2H‑MoSe2材料和二维1T‑WS2材料的工艺条件为:激光功率为40~400mJ、激光波长为‑5
248nm、脉冲频率为1~20Hz、气压为0.1~10 Pa。
说明书 :
一种硅兼容双极性异质结紫外‑近红外双波段光电探测器及
其制备方法
技术领域
背景技术
探测器的不断发展,各种不同类型的光电探测器被研制出来,譬如应用于军事上导弹制导
的红外光电探测器、在食品医疗器械上有着广泛应用的紫外光电探测器。紫外‑近红外双波
段光电探测器在生物医学器械、成像系统等方面有着重要的作用,因而受到了广泛的研究。
当前的双波段光电探测是在宽光谱光电探测器的基础上引入滤光片,将其它波段的光过滤
从而实现紫外‑近红外双波段探测器的功能。这种滤光片引入的方法不仅增加了研究的难
度,还增加了器件的成本和体积,造成器件难以大规模的集成。随着研究的不断深入,近些
年来关于无滤光片的双波段光电探测器有了相关的报道。例如利用InSe肖特基二极管和金
等离子体纳米颗粒实现了紫外‑可见光双波段探测[M.J.Dai;H.Y.Chen;F&R;et al.ACS
Nano.2018,12,8739],以及基于混合相MgZnO/i‑MgO/p‑Si双异质结的双色紫外光探测器
[X.H.Xie;Z.Z.Zhang;C.X Shan;et al.Applied Physics Letters.2012,8,101],但是这
些光电探测器存在着材料有毒、器件稳定性差、难以制备以及没有近红外探测等问题。因
此,研制出一种无毒安全可靠、稳定性高、可控性好的高性能紫外‑近红外窄带双波段光电
探测器是非常有意义的。
于其出色的半导体性质以及和紫外光相吻合的固有带隙,利用二维材料厚度光谱调控特
性,可实现高性能的紫外探测。1T‑WS2由于其金属性质,具有优异的红外吸收性能,在红外
探测上有着巨大的潜力。因此,构建2H‑MoSe2/Si/1T‑WS2双极性异质结,利用二维材料的电
学和光学特性以及厚度光谱调控特性,有望实现紫外‑近红外高性能双波段探测。
发明内容
是通过脉冲激光沉积的方法构造双极性异质结,同时使制备的器件具有双波段光探测、高
响应速度、抗可见光干扰性强等特性。
表面皆设置有SiO2绝缘层;在各层SiO2绝缘层的中心、沿SiO2绝缘层的厚度方向皆形成有一
盲孔,所述盲孔的深度与所述SiO2绝缘层的厚度相等;在单晶硅衬底上表面的盲孔内沉积
有二维2H‑MoSe2材料、下表面的盲孔内沉积有二维1T‑WS2材料,且两种二维过渡金属硫属化
合物材料的厚度与盲孔深度相等;所述二维2H‑MoSe2材料与所述二维1T‑WS2材料分别位于
单晶硅衬底的上、下表面,形成2H‑MoSe2/Si/1T‑WS2双极性异质结;
2H‑MoSe2材料和二维1T‑WS2材料形成欧姆接触。
发明的光电探测器具有紫外‑近红外光双波段响应特性。
等、大小与盲孔相同;
1T‑WS2材料,即完成硅兼容双极性异质结紫外‑近红外双波段光电探测器的制备。
‑5
0.1~10 Pa。
速、稳定、高集成度的双波段探测器中具有广阔的应用前景。
附图说明
具体实施方式
例。
有SiO2绝缘层4;在各层SiO2绝缘层4的中心、沿SiO2绝缘层的厚度方向皆形成有一盲孔,盲
孔的深度与SiO2绝缘层的厚度相等;在单晶硅衬底上表面的盲孔内沉积有二维2H‑MoSe2材
料1、下表面的盲孔内沉积有二维1T‑WS2材料2,且两种二维过渡金属硫属化合物材料的厚
度与盲孔深度相等;二维2H‑MoSe2材料1与二维1T‑WS2材料2分别位于单晶硅衬底5的上、下
表面,形成2H‑MoSe2/Si/1T‑WS2双极性异质结;
MoSe2材料1和二维1T‑WS2材料2形成欧姆接触。
等、大小与盲孔相同;
光波长为248nm、脉冲频率为1Hz、气压为1×10 Pa。
波长为248nm、脉冲频率为3Hz、气压为1×10 Pa。
极,顶电极及底电极完全覆盖相应的二维2H‑MoSe2材料和二维1T‑WS2材料,即完成硅兼容双
极性异质结紫外‑近红外双波段光电探测器的制备。
基本没明显的光响应,表明制备的器件具有紫外‑近红外光双波段响应特性。
冲光照下具有稳定的响应,上升时间/下降时间高达0.6μs/1.25μs,表明器件具有高的响应
速度。
有SiO2绝缘层4;在各层SiO2绝缘层4的中心、沿SiO2绝缘层的厚度方向皆形成有一盲孔,盲
孔的深度与SiO2绝缘层的厚度相等;在单晶硅衬底上表面的盲孔内沉积有二维2H‑MoSe2材
料1、下表面的盲孔内沉积有二维1T‑WS2材料2,且两种二维过渡金属硫属化合物材料的厚
度与盲孔深度相等;二维2H‑MoSe2材料1与二维1T‑WS2材料2分别位于单晶硅衬底5的上、下
表面,形成2H‑MoSe2/Si/1T‑WS2双极性异质结;
MoSe2材料1和二维1T‑WS2材料2形成欧姆接触。
等、大小与盲孔相同;
光波长为248nm、脉冲频率为1Hz、气压为1×10 Pa。
波长为248nm、脉冲频率为3Hz、气压为1×10 Pa。
极,顶电极及底电极完全覆盖相应的二维2H‑MoSe2材料和二维1T‑WS2材料,即完成硅兼容双
极性异质结紫外‑近红外双波段光电探测器的制备。
光基本没明显的光响应,表明制备的器件具有紫外‑近红外光双波段响应特性。
例1在同一数量级。