[发明专利]基于二维二硒化铂纳米薄膜与碲化镉晶体的异质结型近红外光电探测器及其制备方法

说明书

本发明公开了基于二维二硒化铂纳米薄膜与碲化镉晶体的异质结型近红外光电探测器及其制备方法，是在碲化镉晶体表面平铺有二维二硒化铂纳米薄膜，在二维二硒化铂纳米薄膜和碲化镉晶体上分别设置有与其呈欧姆接触的金属电极，碲化镉与二硒化铂形成异质结、两金属电极作为两输出级，即构筑成为异质结型近红外光电探测器。本发明的异质结型近红外光电探测器，制备工艺简单，在室温下实现了宽响应波段、高响应度、高探测率和快响应速度，为高性能红外探测器的设计提供了一种途径。

技术领域

本发明涉及一种由二维二硒化铂纳米薄膜与碲化镉晶体构筑的异质结型近红外光电探测器及其制备方法，属于光电探测技术领域。

背景技术

近年来，由于其在国防和军事应用、工业自动化、环境监测和生物医学等方面的重要价值，许多研究人员致力于开发新型高性能红外光电探测器。目前，大多数商业红外光电探测器一般由某些窄带隙半导体如铟镓砷、碲镉汞等制成。但是，这些光电探测器的应用受到其复杂的制备工艺、高成本和低温操作条件的限制。与传统的块状半导体材料相比，二维材料更适合于制备光电探测器：首先，二维材料的宽光谱响应可以为设计在不同波长下工作的光电探测器提供更大的灵活性；其次，二维材料表面上的自由悬键使得它们可以与其他半导体结合，克服晶格的限制；第三，二维材料的强光物质相互作用提供了设计小型化红外光电探测器的可能性，这在传统的基于块状半导体的红外光电探测器中很难实现。鉴于上述优点，二维材料为高性能红外光电探测器的制备提供了理想的设计平台。

二维层状二硒化铂(PtSe₂)薄膜具有优异的电学和光电性能，具有高载流子迁移率和层依赖性带隙。二硒化铂薄膜的单层带隙为1.2eV、双层带隙为0.21eV，随着层数的增加，PtSe₂薄膜将成为半金属。这种独特的PtSe₂薄膜的宽带隙范围使其成为设计宽波段红外光电探测器的理想选择。然而，二维层状材料的超薄厚度将导致对入射光的低吸收，导致小的光电流、大的暗电流和低的比探测率。因此，通过构建二硒化铂薄膜异质结结构或许可以进一步增强其光电探测性能。

发明内容

本发明是为了避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种工艺简单、适合大规模生产、稳定可靠、探测响应速度较快的异质结型外光电探测器及其制备方法，以促进二维二硒化铂薄膜在高性能红外光电探测器中的应用。

本发明为实现发明目的，采用如下技术方案：

本发明首先公开了基于二维二硒化铂纳米薄膜与碲化镉晶体的异质结型近红外光电探测器，其特点在于：

所述的异质结型近红外光电探测器是在碲化镉晶体表面的部分区域平铺有二维二硒化铂纳米薄膜；在所述二维二硒化铂纳米薄膜上设置有与所述二维二硒化铂纳米薄膜呈欧姆接触的第一金属电极，在所述碲化镉晶体上设置有与所述碲化镉晶体呈欧姆接触的第二金属电极，所述第二金属电极与所述二维二硒化铂纳米薄膜间隔设置(二者不接触)；

所述碲化镉晶体与二维二硒化铂纳米薄膜之间形成异质结，并以所述第一金属电极和所述第二金属电极作为两输出级，构筑成为异质结型近红外光电探测器。

进一步地，所述碲化镉晶体的导电类型为p型、电阻率为1×10³-1×10⁷Ω·cm^-1。

进一步地，所述二维硒化铂纳米薄膜的厚度在0.52～100纳米范围内。

进一步地，所述第一金属电极与所述第二金属电极各自独立的选自是金、银、铂、铝、铜或钛。

本发明还公开了上述异质结型近红外光电探测器的制备方法，其特点在于：首先，利用磁控溅射技术及化学气相沉积方法制备二维二硒化铂纳米薄膜；然后将所得二维二硒化铂纳米薄膜转移到碲化镉晶体表面；最后再通过热蒸发或电子束镀膜方法在二维二硒化铂纳米薄膜上制备第一金属电极、在碲化镉晶体上制备第二金属电极，即完成异质结型近红外光电探测器的制备。