[发明专利]基于二维二硫化钼纳米薄膜与碲化镉晶体的II型异质结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硫化钼纳米薄膜与碲化镉晶体的II型异质结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硫化钼纳米薄膜，在二维二硫化钼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，碲化镉与二硫化钼形成II型异质结、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。本发明的近红外光电探测器，制备工艺简单，在室温下实现了高响应度、高探测率和快响应速度，并为高性能宽波段的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硫化钼纳米薄膜与碲化镉晶体构筑的II型异质结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，这些红外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。自从发现石墨烯独特的光电特性，二维层状材料引起了人们的极大关注。与传统的块状半导体材料相比，二维材料更适合于光电探测器的制备：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，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。

作为研究最多的二维材料之一，二硫化钼(MoS₂)对于不同的层数具有从1.2eV到1.9eV的带隙，对应于从可见光到近红外的波长。由于这种独特性质，二硫化钼已成为开发各种电子和光电子器件的优秀候选者。然而，二维层状材料通常具有对入射光的吸收率低的缺点，这将导致较小的电流开/关比和低比探测率。为了克服二维材料的这些缺点，研究人员们已经做了很多研究，最有效的解决方案之一是与其他半导体构建异质结构，这可以增强光激发电子空穴对的生成和分离。此外，II型异质结带对准的设计可以扩展光谱响应的范围，超出半导体带隙的限制范围。因此，预计通过构建二硫化钼异质结器件可以实现高性能红外光电探测器。

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近红外光电探测器及其制备方法，以促进二维材料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硫化钼纳米薄膜与碲化镉晶体的II型异质结型近红外光电探测器，其特点在于：

所述的II型异质结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硫化钼纳米薄膜；在所述二维二硫化钼纳米薄膜上设置有与所述二维二硫化钼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硫化钼纳米薄膜间隔设置；

所述碲化镉晶体与二维二硫化钼纳米薄膜之间形成II型异质结，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II型异质结近红外光电探测器。

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^-1Ω·cm^-1。

进一步地，所述二维二硫化钼纳米薄膜的厚度在0.65～100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。