一種二硫化鉬/半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光電探測(cè)器及其制造方法，尤其涉及一種二硫化鉬/半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器及其制造方法，屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]光電探測(cè)器是將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)時(shí)的電信號(hào)的器件，是光電系統(tǒng)中的重要部分，其廣泛應(yīng)用于國(guó)防、商業(yè)和科學(xué)等領(lǐng)域，在國(guó)防科技和人民生活中都有重要的影響。目前廣泛應(yīng)用的光子探測(cè)器，除了發(fā)展比較早的、技術(shù)上比較成熟的、響應(yīng)波長(zhǎng)從紫光到近紅外的光電倍增管以外，硅和鍺材料制作的光電二極管以及m-v族化合物、鍺摻雜等光輻射探測(cè)器也達(dá)到了相當(dāng)成熟的階段，主要性能已接近理論極限。
[0003]自從2004年發(fā)現(xiàn)石墨烯以來(lái)，現(xiàn)代光電子器件已經(jīng)延伸到新興的二維材料領(lǐng)域。目前基于石墨烯的光電探測(cè)器響應(yīng)率高達(dá)到107a/ W，基于二硫化鉬的光電探測(cè)器的光響應(yīng)率也可以達(dá)到6X105 A/W，基于單層石墨烯/鍺的自驅(qū)動(dòng)的光電探測(cè)器的響應(yīng)率和探測(cè)能力高達(dá)51.8 mA / W和1.38X101() cmHz1/2 / W。在各種類型的光電探測(cè)器，自驅(qū)動(dòng)的光電探測(cè)器有很多特殊優(yōu)勢(shì)，如節(jié)能、設(shè)備小和適用于極端條件下使用等。單層二硫化鉬是直接禁帶為1.8eV的半導(dǎo)體，具有良好的光電性能，可以用化學(xué)氣相沉積方法大面積合成;二硫化鉬與半導(dǎo)體形成的異質(zhì)結(jié)可以在不需要外加電源的情況下將吸收的光子轉(zhuǎn)化為電能，這是自驅(qū)動(dòng)二硫化鉬/半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器的物理基礎(chǔ)，同時(shí)，這種結(jié)構(gòu)也可以在外加電壓的情況下工作，獲得更高的響應(yīng)度。目前，二硫化鉬/半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器的研究越來(lái)越受到重視，如何獲得更高性能的光電探測(cè)器器件成為研究的核心。
[0004]在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明提出了一種量子點(diǎn)增強(qiáng)的二硫化鉬/半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器，可以獲得較原始器件響應(yīng)度提升30%以上的高性能光電探測(cè)器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種二硫化鉬/半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器及其制備方法，該光電探測(cè)器通過(guò)增設(shè)量子點(diǎn)層可顯著提高光電探測(cè)器的響應(yīng)度，獲得高性能的二硫化鉬/半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器。
[0006]本發(fā)明的二硫化鉬/半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器，自下而上依次有背電極層、半導(dǎo)體襯底層、二硫化鉬層，在二硫化鉬層上設(shè)有彼此分隔的兩塊表面電極，在兩塊表面電極之間的二硫化鉬層上還具有量子點(diǎn)層。
[0007]上述技術(shù)方案中，所述的半導(dǎo)體襯底層為硅、鍺、砷化鎵、磷化銦、氮化鎵、氧化鋅、磷化鋅、磷化鎵、砷化銦、砸化鎘或碲化鎘，摻雜類型為P型摻雜或η型摻雜。
[0008]所述的量子點(diǎn)層為金量子點(diǎn)、銀量子點(diǎn)、鎳量子點(diǎn)、鈦量子點(diǎn)、銅量子點(diǎn)、娃量子點(diǎn)、鍺量子點(diǎn)、碲化鎘量子點(diǎn)、砸化鎘量子點(diǎn)、硫化鉛量子點(diǎn)、砸化鉛量子點(diǎn)、硫化鋅量子點(diǎn)或砸化鋅量子點(diǎn)。
[0009]所述的背電極層為金、鈀、銀、鈦、鉻、鎳的一種或幾種的復(fù)合電極。
[0010]所述的表面電極為金、鈀、銀、鈦、鉻、鎳的一種或幾種的復(fù)合電極。
[0011]制備上述的二硫化鉬/半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器，包括以下步驟:
1)在潔凈的半導(dǎo)體襯底一面采用電子束蒸發(fā)、蒸鍍、旋涂等方法制作背面電極；
2)將二硫化鉬薄膜轉(zhuǎn)移至上述半導(dǎo)體襯底片的另一面上，其轉(zhuǎn)移方法為:在生長(zhǎng)于原始襯底上的二硫化鉬表面通過(guò)旋涂或者噴涂高分子溶液制作支撐層或者直接將高分子薄膜直接熱壓在二硫化鉬上得到支撐層，如PMMA，再將支撐層連同二硫化鉬層一起從其原始襯底上剝離下來(lái)，轉(zhuǎn)移至半導(dǎo)體襯底片上，使二硫化鉬層與半導(dǎo)體襯底接觸，去除支撐層；
3)在二硫化鉬層上制作彼此分隔開(kāi)的表面電極；
4)在表面電極之間的二硫化鉬層上通過(guò)旋涂法、噴涂法、蒸鍍或者化學(xué)鍍制作量子點(diǎn)層。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果是:
量子點(diǎn)可輔助增強(qiáng)二硫化鉬/半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的光吸收，并獲得更高的光電流，得到響應(yīng)度更高的光電探測(cè)器。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明的二硫化鉬/半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的二硫化鉬/半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器響應(yīng)度與無(wú)量子點(diǎn)層的二硫化鉬/半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器對(duì)比結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0014]以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
[0015]參照?qǐng)D1，本發(fā)明的二硫化鉬/砷化鎵光電探測(cè)器自下而上依次有背電極層1、半導(dǎo)體襯底層2、二硫化鉬層3，在二硫化鉬層上設(shè)有彼此分隔的兩塊表面電極4，在兩塊表面電極4之間的二硫化鉬層上還具有量子點(diǎn)層5。
[0016]實(shí)施例1:
1)在P型砷化鎵片一面利用電子束蒸發(fā)法沉積金電極；
2)將單層二硫化鉬轉(zhuǎn)移至上述砷化鎵片的另一面上；
3)在二硫化鉬上利用掩膜熱蒸發(fā)工藝沉積彼此分隔開(kāi)的銀電極；
4)最后在銀電極之間的二硫化鉬上旋涂含有硅量子點(diǎn)的水溶液，得到硅量子點(diǎn)增強(qiáng)的二硫化鉬/砷化鎵異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器。
[0017]得到的光電探測(cè)器光響應(yīng)與無(wú)量子點(diǎn)層的器件對(duì)比結(jié)果如附圖2所示。
[0018]實(shí)施例2:
1)在η型硅片一面利用電子束蒸發(fā)法沉積鎳金復(fù)合電極；
2)將單層二硫化鉬轉(zhuǎn)移至硅片的另一面上；
3)在二硫化鉬上利用掩膜電子束蒸發(fā)工藝沉積彼此分隔開(kāi)的鉑電極；
4)最后在鉑電極之間的二硫化鉬上旋涂含納米金顆粒的水溶液，得到金量子點(diǎn)增強(qiáng)的二硫化鉬/硅異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器。
[0019]實(shí)施例3:
1)在η型鍺片一面利用電子束蒸發(fā)法沉積鉻金復(fù)合電極； 2)將單層二硫化鉬轉(zhuǎn)移至鍺片的另一面上；
3)在二硫化鉬上利用掩膜磁控濺射工藝沉積彼此分隔開(kāi)的鉑電極；
4)最后在鉑電極之間的二硫化鉬上利用熱蒸發(fā)沉積5納米厚的銀并在600度退火10分鐘，得到銀量子點(diǎn)增強(qiáng)的二硫化鉬/鍺異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器。
[0020]實(shí)施例4
1)在η型磷化銦片一面利用電子束蒸發(fā)法沉積鉻金復(fù)合電極；
2)將單層二硫化鉬轉(zhuǎn)移至磷化銦片的另一面上；
3)在二硫化鉬上利用掩膜磁控濺射工藝沉積彼此分隔開(kāi)的鈦電極；
4)最后在鈦電極之間的二硫化鉬上旋涂碲化鎘量子點(diǎn)的甲苯溶液并烘干，得到碲化鎘量子點(diǎn)增強(qiáng)的二硫化鉬/磷化銦異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種二硫化鉬/半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器，其特征在于自下而上依次有背電極層(1)、半導(dǎo)體襯底層(2)、二硫化鉬層(3)，在二硫化鉬層上設(shè)有彼此分隔的兩塊表面電極(4)，在兩塊表面電極(4)之間的二硫化鉬層上還具有量子點(diǎn)層(5)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二硫化鉬/半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器，其特征在于，所述的半導(dǎo)體襯底層為硅、鍺、砷化鎵、磷化銦、氮化鎵、氧化鋅、磷化鋅、磷化鎵、砷化銦、砸化鎘或碲化鎘，摻雜類型為p型摻雜或η型摻雜。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二硫化鉬/半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器，其特征在于，所述的量子點(diǎn)層為金量子點(diǎn)、銀量子點(diǎn)、鎳量子點(diǎn)、鈦量子點(diǎn)、銅量子點(diǎn)、娃量子點(diǎn)、鍺量子點(diǎn)、碲化鎘量子點(diǎn)、砸化鎘量子點(diǎn)、硫化鉛量子點(diǎn)、砸化鉛量子點(diǎn)、硫化鋅量子點(diǎn)或砸化鋅量子點(diǎn)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二硫化鉬/半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器，其特征在于，所述的背電極層為金、鈀、銀、鈦、鉻、鎳的一種或幾種的復(fù)合電極。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二硫化鉬/半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器，其特征在于，所述的表面電極為金、鈀、銀、鈦、鉻、鎳的一種或幾種的復(fù)合電極。6.制備如權(quán)利要求1所述的二硫化鉬/半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器，其特征在于包括以下步驟: 1)在潔凈的半導(dǎo)體襯底一面制作背面電極； 2)將二硫化鉬薄膜轉(zhuǎn)移至上述半導(dǎo)體襯底片的另一面上，其轉(zhuǎn)移方法為:在生長(zhǎng)于原始襯底上的二硫化鉬表面制作支撐層，再將支撐層連同二硫化鉬層一起從其原始襯底上剝離下來(lái)，轉(zhuǎn)移至半導(dǎo)體襯底片上，使二硫化鉬層與半導(dǎo)體襯底接觸，去除支撐層； 3)在二硫化鉬層上制作彼此分隔開(kāi)的表面電極； 4)在表面電極之間的二硫化鉬層上通過(guò)旋涂法、噴涂法、蒸鍍或者化學(xué)鍍制作量子點(diǎn)層。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種二硫化鉬/半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器該二硫化鉬/半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器自下而上依次有背電極層、半導(dǎo)體襯底層、二硫化鉬層,在二硫化鉬層上設(shè)有彼此分隔的兩塊表面電極，在兩塊表面電極之間的二硫化鉬層上還具有量子點(diǎn)層。其制造步驟包括：先在半導(dǎo)體襯底背面制作背面電極層，然后將二硫化鉬轉(zhuǎn)移至半導(dǎo)體襯底層上，之后在二硫化鉬層上制作表面電極，并在二硫化鉬層上制作量子點(diǎn)層。本發(fā)明的二硫化鉬/半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器通過(guò)增設(shè)量子點(diǎn)層輔助增強(qiáng)器件的光吸收，獲得的光電探測(cè)器光響應(yīng)靈敏，探測(cè)能力高，能夠自驅(qū)動(dòng)，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。
【IPC分類】H01L31/0296, H01L31/0224, H01L31/18
【公開(kāi)號(hào)】CN105470320
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510886867
【發(fā)明人】徐志娟, 林時(shí)勝, 李曉強(qiáng)
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年4月6日
【申請(qǐng)日】2015年12月7日