[发明专利]基于二维材料垂直肖特基结近红外探测器及制备方法

说明书

本发明公开了一种基于二维材料垂直肖特基结近红外探测器及制备方法。器件制备步骤是将二硫化钼大片晶体运用机械剥离的方法，通过胶带转移到PDMS,然后利用定点转移技术，把PDMS上的二硫化钼转移到金底电极的正上方，然后使用电子束曝光和磁控溅射等工艺制作ITO顶电极，制备成具有垂直结构的二维材料近红外探测器。利用二硫化钼和金形成的肖特基结，从而显著降低了探测器的暗电流和加速光生载流子的分离来增强了器件的响应速度，大幅提高了器件的零偏压的情况下信噪比和探测能力。二硫化钼垂直肖特基结近红外探测器在近红外及可见光波段均显示了超高的探测能力。本发明的优点是响应速度快，暗电流低和功耗小。

技术领域

本发明设计了一种基于二硫化钼和金垂直肖特基结的近红外探测器和相关的测试方法，具体是指利用这种独特的垂直肖特基结构，在不影响光照入射的情况下，通过金和二硫化钼形成的肖特基结来抑制沟道中因缺陷热电离产生的本征载流子，从而大大降低探测器在零偏压的暗电流，加速光生载流子的分离效率，提高器件的信噪比和探测能力。

背景技术

二维材料由于独特的层状结构，从而在光、电、磁等物理化学领域具有一系列的奇特现象，引起了研究者们的广泛关注，被认为是发展下一代纳米光电器件的潜力候选者，成为当今纳米材料研究领域的热门前沿。其中二硫化钼(MoS₂)作为典型的二维材料，层与层之间通过范德瓦尔斯力连接；带隙随着层数的减少可由多层的间接带隙(1.2eV)变为单层的直接带隙(1.8eV)。其高迁移率(184cm²·V^-1·s^-1)和高响应率(2570A/W)可作为高速电子器件、光电子器件和光电探测器等诸多技术领域的潜力取代者(Nano Letter 13100-105(2013).Advanced Materials 27 6575(2015))。

然而，基于MoS₂的光电探测器因其丰富的表面态和晶格缺陷会产生高的本征载流子浓度，在一定程度上导致器件具有较大的暗电流并且降低器件的响应速度，从而严重影响了器件的光探测性能。因此，迫切需要研究一种独特的器件结构来降低暗电流，提高器件的响应速度从而提高器件的信噪比和探测能力。

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于MoS₂垂直肖特基结的近红外探测器及其制备方法。该方法是利用金的高功函数和MoS₂形成肖特基结光电二极管。利用肖特基结的负向整流，来抑制MoS₂沟道中因缺陷或陷阱所产生的本征载流子，从而大大降低了探测器在的暗电流，另外一方面MoS₂和金形成的内建电场能提高光生电子和空穴对的分离，同时提高了器件的信噪比和响应速度。

发明内容

本发明提供了基于二硫化钼垂直肖特基结的近红外探测器及其制备方法。该探测器利用二硫化钼和金形成的肖特基结来抑制沟道中的本征载流子降低暗电流，同时加快光生电子和空穴的分离，大幅提高了探测器的灵敏度和响应速度。

所述的探测器的结构：带有SiO₂氧化层的P型Si衬底1、在SiO₂氧化层制作金底电极2，金底电极正上方是通过定点转移的二硫化钼层3、在二硫化钼的正上方是ITO的顶电极4，并且保证ITO顶电极和金底电极没有接触区域；

所述的P型Si衬底1是硼重掺杂，SiO₂氧化层厚度是300nm，电阻率小于0.05Ω·cm；

所述的底电极2是Cr和Au，厚度分别是15和50nm，并且金和二硫化钼直接接触；

所述的二硫化钼层3的的厚度是50～100nm,长宽分别是20～50um；

所述的顶电极4是ITO，厚度是100～200nm；

本发明提供了一种基于二硫化钼垂直肖特基结的近红外探测器的制备方法步骤如下：