本发明专利技术公开了一种异质结半导体光电探测器及其制备方法，使用不同GeSe堆垛结构来制备光电探测器，该光电探测器包括该光电探测器包括衬底(1)、右电极(2)、双层GeSe‑AD堆垛(3)、双层旋转GeSe‑AB堆垛(4)、左电极(5)；其中衬底(1)为最底层，在其上面附着有双层GeSe‑AD堆垛(3)和位于双层GeSe‑AD堆垛(3)两旁的右电极(2)和左电极(5)，在双层GeSe‑AD堆垛(3)上堆叠着双层旋转GeSe‑AB堆垛(4)。本发明专利技术以双层GeSe‑AD堆垛为给体，以双层旋转GeSe‑AB堆垛为受体，二者为同种材料的不同堆垛结构，很容易达到晶格匹配；GeSe材料不易和氧气发生反应，不易发生退化；且器件制备工艺简单。
【技术实现步骤摘要】
一种异质结半导体光电探测器及其制备方法
本专利技术涉及一种用少层GeSe的不同堆垛结构实现半导体光电探测器的方法，属于半导体
技术介绍
近年以来，中国光电发展及其迅速，是继微电子产业发展之后又一大综合基础性的产业。预期2021年全球光电市场将达到7224亿美元。光电探测器是光电产业中重要的一环。光电探测器是许多设备的重要组成部分。比如在图像捕捉、光通信、激光雷达等应用中，都需要光电探测器快速将光信号转变为电学信号。目前使用较为广范的发展比较成熟的是硅光电探测器，其可以集成到CMOS技术在中，这不光降低了成本并扩大了应用的范围。但是，硅作为光吸收器件，其为间接带隙半导体，其间接带隙约为1.1eV，这限制硅光电探测器光响应范围仅在可见光和近红外光波段，并且限制了硅光电探测器的光吸收效率。人们一直在努力寻找更合适、更高效的新型半导体材料应用于激光器。近几年来，新型半导体材料得到了长足的发展，出现了一系列的兴新二维半导体材料，如石墨烯、磷烯、MoS2等等，这些二维材料相比于传统的三维材料有着很多的优点，比如原子的厚度使得这些二维材料几乎是透明的，这使得这种二维材料可以集成到玻璃之中；又如二维材料具有良好的应变能力，可以应对很多特殊的环境。本文中间关注了类黑磷烯材料，本文通过理论的计算，对于少层GeSe，在不同堆垛结构下，有两种稳定的结构，即双层AD型GeSe堆垛和双层旋转AB型GeSe堆垛。利用GeSe的不同堆垛结构具有不同带隙和能级的特点，可以将不同类型的GeSe堆垛组合成Ⅱ型半导体异质结。本文通过将双层AD型GeSe堆垛和双层旋转AB型GeSe堆垛通过范德华力相结合，形成Ⅱ型半导体异质结来制造半导体光电探测器。这里涉及到的异质结是由同种材料构成的。相比于不同材料的异质结，这种方法制备条件要求相对较低，成本较低，且能达到很高的转化效率。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的在于提供一种异质结半导体光电探测器及其制备方法，使用二维材料GeSe的不同堆垛结构组成Ⅱ型异质结制备半导体光电探测器，提高光电探测器的效率。技术方案：本专利技术的一种异质结半导体光电探测器包括衬底、右电极、双层GeSe-AD堆垛、双层旋转GeSe-AB堆垛、左电极；其中衬底为最底层，在其上面附着有双层GeSe-AD堆垛和位于双层GeSe-AD堆垛两旁的右电极和左电极，在双层GeSe-AD堆垛上堆叠着双层旋转GeSe-AB堆垛。其中，所述的双层GeSe-AD堆垛厚度为1nm-4nm。所述的双层旋转GeSe-AB堆垛厚度为1nm-4nm。所述的右电极、左电极的厚度为50nm。所述的双层GeSe-AD堆垛和双层旋转GeSe-AB堆垛都为稳定的堆垛结构，构成了一个Ⅱ型异质结；双层GeSe-AD堆垛是通过将垂直堆叠的结构中的第二层相对于其第一层沿基矢b方向移动了半个周期得到的，而得到双层旋转GeSe-AB堆垛，需要将垂直堆叠结构的第二层相对于第一层进行180°的旋转，然后将其第二层相对于第一层沿着基矢a方向移动半个周期。所述的双层GeSe-AD堆垛和双层旋转GeSe-AB堆垛结构都是通过探针剥离的方法将初始结构错位得到的。所述的左电极、右电极和衬底都为一体化的ITO玻璃，能与GeSe堆垛形成良好的欧姆接触，从而显著提升器件性能。所述的双层GeSe-AD堆垛、双层旋转GeSe-AB堆垛形成Ⅱ型异质结，所谓的Ⅱ型异质结能带结构表现为：二种材料中的一种材料的导带底和价带顶的能量值分别高于另一种材料的导带底和价带顶的能量值，即两种材料导带底能量值的差值Δec和两种材料价带顶能量值的差值ΔEv的符号相同；因此本结构就定义为双层GeSe-AD堆垛的导带底CBM在双层旋转GeSe-AB堆垛的CBM之上，而价带顶VBM也是双层GeSe-AD堆垛在双层GeSe-AD堆垛VBM之上；Ⅱ型能带对准形成的内建电场能有效分离光生电子-空穴对，这对于光信号的收集和检测是有利的。本专利技术的异质结半导体光电探测器的制备方法包括如下步骤：步骤a.衬底和电极的制备采用ITO导电玻璃作为衬底和电极，首先在ITO玻璃上涂上均匀的光刻胶，通过光刻技术得到对应电极图形的反图形，然后用ITO刻蚀液腐蚀掉未被保护的ITO，最后用丙酮溶液清洗掉多余的光刻胶，将得到的电极结构用酒精和去离子水进行超声清洗，然后用氮气吹干；步骤b.GeSe薄膜的制备采用高温液相剥离法制备GeSe薄膜，具体步骤如下：将Ge粉和Se粉以1:1比例混合，然后在真空条件下加热至690℃持续48小时得到GeSe的块体材料；随后将块体粉溶进异丙醇形成GeSe-异丙醇悬浮液，再将其放入细胞破碎机中进行液相剥离；GeSe层与层之间的范德华力在超声震荡中会逐渐找到破坏，慢慢的由块体剥离出来，最后形成单层或者少层GeSe纳米片；步骤c.GeSe堆垛的制备1)将上述得到的GeSe膜，在电子显微镜下，通过探针剥离的方法，剥离得到双层的GeSe；2)将1)得到的GeSe在电子显微镜下，使用探针对其结构进行剥离，移动层与层间的相对距离或进行层间的旋转变换，得到我们所要求的双层GeSe-AD堆垛和双层旋转GeSe-AB堆垛，最后再将二者通过层间的范德瓦尔斯力相互结合形成横向异质结；d.组合器件将步骤c得到的双层GeSe-AD堆垛通过二维材料转移装置转移到ITO电极上，然后将步骤c得到的双层旋转GeSe-AB堆垛通过二维材料转移系统堆叠在GeSe-AD堆叠的上方，最后对得到的器件进行退火处理。有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1.使用的是同种材料的不同结构制备异质结器件，其晶格相比于不同材料更容易是适配，且工艺相对简单。2.本文采用的电极为ITO玻璃，这种材料能和半导体异质结形成很好的欧姆接触，从而显著提升器件性能。3.使用不同的堆垛结构形成的Ⅱ型能带结构能有效的分离电子空穴对，有利于光信号的收集和检测。4.本专利技术中选取的是二维材料，这类材料的厚度能达到原子级别，所以可以将半导体激光器制作的极薄。附图说明图1为本专利技术提供的光电探测器的结构示意图。图2为双层AD型GeSe堆垛和双层旋转AB型GeSe堆垛的能级分布图。图中有：衬底1、右电极2、双层GeSe-AD堆垛3、双层旋转GeSe-AB堆垛4、左电极5。具体实施方式本专利技术的一种基于GeSe不同堆垛的光电探测器，包括光电探测器包括衬底、右电极、双层GeSe-AD堆垛、双层旋转GeSe-AB堆垛、左电极，其中硅衬底为最底层，在其上面附着有双层GeSe-AD堆垛，在双层GeSe-AD堆垛上堆叠着双层旋转GeSe-AB堆垛，器件两端分别为右电极和左电极。所述的异质结半导体光电探测器中，异质结光电探测器中双层GeSe-AD堆垛厚度与为1nm-4nm，双层旋转GeSe-AB堆垛厚度为1nm-4nm。金属电极的厚度为50nm。所述的异质结光电探本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种异质结半导体光电探测器，其特征在于：该光电探测器包括衬底(1)、右电极(2)、双层GeSe-AD堆垛(3)、双层旋转GeSe-AB堆垛(4)、左电极(5)；其中衬底(1)为最底层，在其上面附着有双层GeSe-AD堆垛(3)和位于双层GeSe-AD堆垛(3)两旁的右电极(2)和左电极(5)，在双层GeSe-AD堆垛(3)上堆叠着双层旋转GeSe-AB堆垛(4)。/n
【技术特征摘要】
1.一种异质结半导体光电探测器，其特征在于：该光电探测器包括衬底(1)、右电极(2)、双层GeSe-AD堆垛(3)、双层旋转GeSe-AB堆垛(4)、左电极(5)；其中衬底(1)为最底层，在其上面附着有双层GeSe-AD堆垛(3)和位于双层GeSe-AD堆垛(3)两旁的右电极(2)和左电极(5)，在双层GeSe-AD堆垛(3)上堆叠着双层旋转GeSe-AB堆垛(4)。
2.根据权利要求1所述的异质结半导体光电探测器，其特征在于，所述的双层GeSe-AD堆垛(3)厚度为1nm-4nm。
3.根据权利要求1所述的异质结半导体光电探测器，其特征在于，所述的双层旋转GeSe-AB堆垛(4)厚度为1nm-4nm。
4.根据权利要求1所述的异质结半导体光电探测器，其特征在于，所述的右电极(2)、左电极(5)的厚度为50nm。
5.根据权利要求1所述的异质结半导体光电探测器，其特征在于，所述的双层GeSe-AD堆垛(3)和双层旋转GeSe-AB堆垛(4)都为稳定的堆垛结构，构成了一个Ⅱ型异质结；双层GeSe-AD堆垛(3)是通过将垂直堆叠的结构中的第二层相对于其第一层沿基矢b方向移动了半个周期得到的，而得到双层旋转GeSe-AB堆垛(4)，需要将垂直堆叠结构的第二层相对于第一层进行180°的旋转，然后将其第二层相对于第一层沿着基矢a方向移动半个周期。
6.根据权利要求1所述的异质结半导体光电探测器，其特征在于，所述的双层GeSe-AD堆垛(3)和双层旋转GeSe-AB堆垛(4)结构都是通过探针剥离的方法将初始结构错位得到的。
7.根据权利要求1所述的异质结半导体光电探测器，其特征在于，所述的左电极(5)、右电极(2)和衬底(1)都为一体化的ITO玻璃，能与GeSe堆垛形成良好的欧姆接触，从而显著提升器件性能。
8.根据权利要求1所述的异质结半导体光电探测器，其特征在于，所述的双层GeSe-AD堆垛(3)、双层旋转GeSe-AB堆垛(4)形成Ⅱ型异质结，所谓的Ⅱ型异质结能带...
【专利技术属性】
技术研发人员：雷双瑛，江源长，洪嘉祥，陈洁，黄庆安，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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