[发明专利]一种自驱动光电探测器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电探测技术领域，具体涉及一种自驱动光电探测器及其制备方法。

背景技术

光电探测器在日常生活和军事红外制导等方面都有广泛的应用。作为一种探测器件，它能将光学信号转变成电学信号，进而用来探测物体的相关信息。传统的光电探测器的制作，不但需要在单晶衬底(基片)上外延生长一层有一定要求的、与衬底晶向相同的单晶层，然后用能量为100keV量级的离子束入射到材料中去，离子束与材料中的原子或分子将发生一系列物理的和化学的相互作用，入射离子逐渐损失能量，最后停留在材料中，并引起材料表面成分、结构和性能发生变化，从而优化材料表面性能，或获得某些新的优异性能。但是所用原材料、设备价格昂贵，生产制作工艺复杂，难度较高，基底单一，往往需要较高温度。而且传统的光电探测器都需要电压驱动才能够正常使用。

在这种背景下，二维层状薄膜材料的出现，给光电探测器领域带来了新的曙光。以硫化钼为例，这种新兴的二维碳原子层薄膜，表现出了强光与物质相作用，光的吸收很强。又因为其优异的半导体电学特性和方便加工特性，二维层状薄膜材料异质结光电探测器展现出巨大的潜力。现有的二维层状薄膜材料制备的光电探测器，其制备方法较为复杂，并且制得光电探测器其性能还有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自驱动光电探测器及其制备方法，以解决现有技术存在的制备工艺复杂、稳定性差的问题，尤其是对于紫光的自驱动。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种自驱动光电探测器，包括：

绝缘基底、设置于绝缘基底上的半导体薄膜层以及设置于半导体薄膜层上的金属电极层；

其中，半导体薄膜层包括由过渡金属硫化物构成的n-型二维层以及由金属碘化物构成的p-型二维层，n-型二维层设置于绝缘基底上，p-型二维层成型在n-型二维层上；

其中，金属电极层包括源电极层和漏电极层，源电极层和漏电极层均包括层叠布置的钛层和金层。

本发明的自驱动光电探测器是在二维层状薄膜材料中实现原子层厚度的p-n结，内建电场区几乎是原子尺度。本发明通过p-型二维层和n-型二维层建立的内建电场使光生电子空穴对的分离，不需要外界电压驱动，能够在零偏压下工作。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述源电极层和漏电极层均设置于n-型二维层上，或者源电极层和漏电极层均设置于p-型二维层，或者，源电极层和漏电极层分别设置于n-型二维层和p-型二维层上。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述绝缘基底为SiO₂或Al₂O₃基底。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述过渡金属硫化物为WS₂或MoS₂。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述金属碘化物为PbI₂或CdI₂。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述钛层的厚度为3-10nm，金层的厚度为35-50nm。

上述的自驱动光电探测器的制备方法，包括：

(1)将绝缘基底清洗干净后吹干，然后置于管式炉中，在管式炉中放入过渡金属氧化物和硫粉，通入氩气和氢气，升温至900-1000℃，保温1-1.2h，然后冷却至室温，制得长有n-型二维层的绝缘基底；

(2)将步骤(1)制得的长有n-型二维层的绝缘基底垂直固定在管式炉中，在管式炉中放入碘化铅粉末，通入氩气，升温至350-450℃，保持1-2min或1-2h,然后冷却至室温，制得具有半导体薄膜层的绝缘基底；

(3)以金属Ni网作为掩模，采用热蒸发法镀制钛金电极，制得源电极层和漏电极层。

本发明制备工艺简单，可以在任意绝缘耐热基底上制备，并且有望转移到柔性基底上，制备柔性自驱动光电探测器。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，上述过渡金属氧化物为WO₃或MoO₃。

本发明具有以下有益效果：