[发明专利]基于In2Se3/Si垂直结构异质结的自驱动近红外长波光电探测器及其制作方法

权利要求书

1.基于In₂Se₃/Si垂直结构异质结的自驱动近红外长波光电探测器，其特征在于：使用上表面带有绝缘层(2)的平面硅(1)作为基底；对中间部分的绝缘层(2)进行刻蚀并裸露出平面硅，形成探测器窗口；在探测器窗口上通过磁控溅射沉积In₂Se₃薄膜(3)，构建In₂Se₃/Si异质结；转移石墨烯(4)至异质结上方，并与两侧未刻蚀的绝缘层(2)部分重叠，所述石墨烯作为透明顶电极与In₂Se₃薄膜形成欧姆接触；在与绝缘层(2)接触的石墨烯(4)上方沉积第一金属薄膜电极(5)，与石墨烯形成欧姆接触；在平面硅(1)的背面涂刷第二金属薄膜电极(6)，与平面硅形成欧姆接触。

2.根据权利要求1所述的自驱动近红外长波光电探测器，其特征在于：所述平面硅(1)导电类型为n型，电阻率为<0.01Ω·cm。

3.根据权利要求1所述的自驱动近红外长波光电探测器，其特征在于：所述绝缘层(2)为SiO₂、Si₃N₄、Ta₂O₅、HfO₂或Al₂O₃层，或为绝缘胶带；所述绝缘层的电阻率大于1×10³Ω·cm、厚度为100-500nm。

4.根据权利要求1所述的自驱动近红外长波光电探测器，其特征在于：所述探测器窗口通过掩膜保护和刻蚀技术形成，最小特征尺寸为5μm，边缘距离第一金属薄膜电极的最小距离为1μm。

5.根据权利要求1所述的自驱动近红外长波光电探测器，其特征在于：所述In₂Se₃薄膜(3)为γ相，通过射频磁控溅射法获得，制备条件为：本底真空度为气压低于1.9×10^-4Pa，工作气体为纯度不低于99.9％的氩气，气体流量为20sccm，工作气压为0.5Pa，溅射功率为80W，衬底加热至360℃，靶材与样品衬底间的距离为5cm，溅射时间为1.5-4.5分钟。

6.根据权利要求1所述的自驱动近红外长波光电探测器，其特征在于：所述石墨烯(4)为通过化学气相沉积法获得的单层或双层石墨烯，其迁移率为1000-15000cm²V^-1s^-1，通过PMMA辅助的湿法转移技术，转移至探测器窗口区域上方，作为透明顶电极。

7.根据权利要求1所述的自驱动近红外长波光电探测器，其特征在于：所述第一金属薄膜电极(5)为Au电极、Ag电极、Ti/Au复合电极、Cr/Au复合电极、Ni/Au复合电极或Pt电极；

所述Au电极、Ag电极、Pt电极的厚度为30-100nm；

所述Ti/Au复合电极、Cr/Au复合电极、Ni/Au复合电极是分别在厚度5-10nm的Ti、Cr、Ni电极上继续沉积30-100nm的Au电极。

8.根据权利要求1所述的自驱动近红外长波光电探测器，其特征在于：所述第二金属薄膜电极(6)为In/Ga合金电极或Ag电极，通过刷涂或真空蒸镀的方式形成，厚度为30-100nm。

9.一种权利要求1～8中任意一项所述自驱动近红外长波光电探测器的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

s1、将带有绝缘层的平面硅依次用丙酮、酒精、去离子水超声清洗后，吹干备用；

s2、通过胶带掩膜和刻蚀技术，对基底上特定位置的绝缘层刻蚀去除并裸露出平面硅，形成探测器窗口；

s3、在所述探测器窗口上通过磁控溅射镀膜的方式溅射沉积一层致密In₂Se₃薄膜，薄膜完全覆盖且不超出所述探测器窗口，溅射条件为：本底真空度为气压低于1.9×10^-4Pa，工作气体为纯度不低于99.9％的氩气，气体流量为20sccm，工作气压为0.5Pa，溅射功率为80W，衬底加热至360℃，靶材与样品衬底间的距离为5cm，溅射时间为1.5-4.5分钟；

s4、将化学气相沉积法制备的铜箔上的石墨烯切割成特定大小的面积，大于探测器窗口面积且小于基底面积；在石墨烯正面旋涂PMMA，85℃加热5分钟后放入铜刻蚀液中，使其正面向上漂浮于刻蚀液上；铜箔被完全刻蚀后，采用湿法转移将石墨烯转移到SiO₂和In₂Se₃薄膜的上方，然后85℃加热30分钟，再放入丙酮溶液中浸泡去除表面PMMA，剩余石墨烯作为透明顶电极；

s5、使用真空沉积技术或刷涂导电胶的方式，在覆盖有石墨烯的绝缘层上方制作第一金属薄膜电极；

s6、对平面硅的背面打磨、刷涂一层导电胶，形成第二金属薄膜电极，即获得基于In₂Se₃/Si垂直结构异质结的自驱动近红外长波光电探测器。