新型二维/三维异质异构的高速光电探测器及其制备方法技术

一种新型二维/三维异质异构的高速光电探测器及其制备方法，该高速光电探测器包括：基底，材料为三维材料硅；介电层，形成于基底表面上；有源层，材料为二维材料硒化亚锗，设于基底表面与介电层表面的相邻区域上；源电极，设于有源层与介电层的相邻区域上；漏电极，设于有源层与基底的相邻区域上。该探测器将硒化亚锗与硅结合，实现了光探测范围从可见光区到近红外区域，并且提高了光电探测器的响应时间，具有成为宽带宽光电探测器的潜力。有成为宽带宽光电探测器的潜力。有成为宽带宽光电探测器的潜力。

【技术实现步骤摘要】
新型二维/三维异质异构的高速光电探测器及其制备方法


[0001]本公开涉及光电探测
，尤其涉及一种新型二维/三维异质异构的高速光电探测器。

技术介绍

[0002]二维半导体具有可调控能带、良好的柔性、集成兼容性以及与光的强耦合特性，在现代纳米电子学和光电子学中发挥着越来越重要的作用。迄今为止，已经成功制造了大量的混合一维/二维、二维/二维和二维/三维异质异构光探测器，其中，二维/三维异质异构光探测器具有独特的低暗电流、高信噪比、低能耗、快响应的优势。
[0003]一方面，二维/三维异质异构结具有强于一维(二维)/二维异质结的光吸收能力，为产生光载流子奠定了坚实的基础。另一方面，二维/三维异质结光探测器可以很容易地将二维材料转移集成到成熟的商业基板上，如硅和石墨烯。当光入射到二维/三维异质结光电探测器后，光激发载流子引起探测器的电导率发生变化，从而将光信号转换为电信号。由于二维材料表面无悬挂键，因此可以与晶格失配的体材料结合，其次二维材料的厚度很薄，载流子在二维材料内的扩散时间减少，从而有效提高了光电探测器的响应速度。二维/三维异质结光电探测器可以在高速探测器领域发挥着重要作用。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种新型二维/三维异质异构的高速光电探测器及其制备方法。
[0005]本公开的一个方面提供了一种新型二维/三维异质异构的高速光电探测器，包括：基底，材料为三维材料硅；介电层，形成于所述基底表面上；有源层，材料为二维材料硒化亚锗，设于所述基底表面与所述介电层表面的相邻区域上；源电极，设于所述有源层与所述介电层的相邻区域上；漏电极，设于所述有源层与所述基底的相邻区域上。
[0006]可选地，所述源电极和所述漏电极的材料为金。
[0007]可选地，所述介电层的材料为SU
‑
8光刻胶。
[0008]可选地，所述高速光电探测器的探测波段包括可见光波段和近红外波段。
[0009]本公开的另一方面提供了一种新型二维/三维异质异构的高速光电探测器的制备方法，包括：在基底上旋涂掩膜，所述基底材料为三维材料硅；在所述掩膜上光刻介电层版图，形成介电层；清洗所述掩膜；将预先制备好的有源层转移至所述基底和所述介电层表面的相邻区域上，所述有源层材料为二维材料硒化亚锗；在所述有源层与所述介电层之间沉积并刻蚀出源电极，在所述有源层和所述基底之间沉积并刻蚀出漏电极；封装所述基底、介电层、有源层、源电极、漏电极形成的整体结构，得到高光速光电探测器。
[0010]可选地，所述介电层的材料为SU
‑
8光刻胶，所述清洗所述掩膜包括：使用丙二醇甲醚醋酸酯清洗所述掩膜上的剩余的光刻胶。
[0011]可选地，所述将预先制备好的有源层转移至所述基底和所述介电层表面的相邻区域上包括：通过二维材料转移平台用二甲基硅氧烷转移胶带剥离预先制备的有源层，将所
述有源层转移至所述基底和所述介电层表面的相邻区域上。
[0012]可选地，所述在所述有源层与所述介电层之间沉积并刻蚀出源电极，在所述有源层和所述基底之间沉积并刻蚀出漏电极包括：沉积所述源电极、漏电极制作材料；在所述源电极、漏电极制作材料上旋涂电极掩膜；在所述电极掩膜上光刻电极版图，刻蚀所述源电极和漏电极；清洗所述电极掩膜。
[0013]可选地，所述电极掩膜材料为聚甲基丙烯酸甲酯，所述清洗所述电极掩膜包括：采用丙酮、乙醇和去离子水依次对所述电极掩模进行清洗。
[0014]在本公开实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
[0015]本公开实施例提供的一种新型二维/三维异质异构的高速光电探测器，硒化亚锗(GeSe)作为P型半导体，与N型半导体硅(Si)构成异质结并形成空间电荷区；GeSe作为二维有源层，厚度很小，载流子在该层的扩散时间显著减少，从而提高光电探测器响应速度；Si与GeSe可应用于可见光区到近红外区域的光谱探测。
附图说明
[0016]为了更完整地理解本公开及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：
[0017]图1示意性示出了本公开实施例提供的一种新型二维/三维异质异构的高速光电探测器的平面结构示意图；
[0018]图2示意性示出了本公开实施例提供的一种新型二维/三维异质异构的高速光电探测器的截面示意图；
[0019]图3为本公开实施例提供的一种二维/三维异质异构的高速光电探测器的能带结构示意图；
[0020]附图标记说明：
[0021]11
‑
硅片衬底；12
‑
源电极；13
‑
漏电极；14
‑
介电层；15
‑
硒化亚锗有源层。
具体实施方式
[0022]以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
[0023]在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
[0024]在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
[0025]如图1、图2所示，本公开实施例提供了一种新型二维/三维异质异构的高速光电探测器，包括：基底，介电层，有源层，源电极，漏电极。其中，基底材料为三维材料硅；介电层形成于所述基底表面上；有源层材料为二维材料硒化亚锗，设于所述基底表面与所述介电层
表面的相邻区域上；源电极设于所述有源层与所述介电层的相邻区域上；漏电极设于所述有源层与所述基底的相邻区域上。
[0026]可选地，所述源电极和所述漏电极的材料为金。
[0027]可选地，所述介电层的材料为SU
‑
8光刻胶。
[0028]GeSe是一种二维P型半导体材料，具有柔性好、高探测率等特点；Si是一种传统的三维N型半导体材料。作为有源层的硒化亚锗(GeSe)沿着a轴层状堆叠，纳米片表面为b
‑
c面，属于空间群为Pnma的正交晶系结构；半导体材料硒化亚锗(GeSe)的光响应范围包含了整个可见光和近红外光域，与硅(Si)结合后，高速光电探测器的探测波段包括可见光波段和近红外波段。
[0029]图3示出了本公开实施例提供的一种二维/三维异质异构的高速光电探测器的能带结构示意图。本实施例提供的新型二维/三维异质异构的高速光电探测器，将GeSe和Si两者结合，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型二维/三维异质异构的高速光电探测器，其特征在于，包括：基底，材料为三维材料硅；介电层，形成于所述基底表面上；有源层，材料为二维材料硒化亚锗，设于所述基底表面与所述介电层表面的相邻区域上；源电极，设于所述有源层与所述介电层的相邻区域上；漏电极，设于所述有源层与所述基底的相邻区域上。2.根据权利要求1所述的高速光电探测器，其特征在于，所述源电极和所述漏电极的材料为金。3.根据权利要求1所述的高速光电探测器，其特征在于，所述介电层的材料为SU
‑
8光刻胶。4.根据权利要求1所述的高速光电探测器，其特征在于，所述高速光电探测器的探测波段包括可见光波段和近红外波段。5.一种新型二维/三维异质异构的高速光电探测器的制备方法，其特征在于，包括：在基底上旋涂掩膜，所述基底材料为三维材料硅；在所述掩膜上光刻介电层版图，形成介电层；清洗所述掩膜；将预先制备好的有源层转移至所述基底和所述介电层表面的相邻区域上，所述有源层材料为二维材料硒化亚锗；在所述有源层与所述介电层之间沉积并刻蚀出源电极，在所述有源层和所述基底之间沉积并刻蚀出漏...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏钟鸣，王鑫刚，杨珏晗，刘岳阳，邓惠雄，文宏玉，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：