[发明专利]一种基于过渡金属二硫化物侧面异质结的光子探测器

说明书

本发明公开了一种基于过渡金属二硫化物侧面异质结的光子探测器，属于纳米尺度电子器件技术领域。本发明的技术方案要点为：一种基于过渡金属二硫化物侧面异质结的纳米尺度光子探测器，由具有金属特性的1T相结构的二硫化钒单层与呈现半导体特性的2H相结构的二硫化钼单层组成的单层侧面异质结构成。本发明所述的光子探测器三极管结构超薄，厚度不足4埃，大小尺寸可据实际需要灵活调控定制且功耗较低。本发明具有结构超薄、尺寸可调、蓝光探测效果显著及功耗低等优良特点。

技术领域

本发明属于纳米尺度电子器件技术领域，具体涉及一种基于过渡金属二硫化物侧面异 质结的光子探测器。

背景技术

随着科技的飞速发展，各种电子零部件朝着更小(即结构尺度更小)、更快(即反应速 度更快)及更冷(即功耗低、发热少)的趋势发展，甚至已越来越接近于原子尺度。纳米器件的研发和应用已引起科学家们的广泛研究兴趣。

最近几年来，二维单层材料以其独特的几何和电子结构、力学和光电性质等吸引了物 理、材料和化学等众多领域研究人员的极大研究热情。诸如石墨烯、氮化硼、硅烯、过渡 金属二硫化物、磷烯、MX烯、锗烯、硼烯以及锡烯等已被成功制备出来。大量研究发现，许多二维材料在力、热、光、电、磁等方面表现出优异的特性，它们有望成为新一代的高 性能纳米器件的重要候选材料，并已开辟了许多全新的研究和应用领域。

单层的过渡金属硫族化物存在三种结构，即1T、2H和1T′相(T.Heine,TransitionMetal Chalcogenides:Ultrathin Inorganic Materials with Tunable ElectronicProperties[J],Acc.Chem. Res.48,65(2015))。这三种不同相的过渡金属硫族化物同素异构体会表现出完全不同的电 子特征，例如，1T相的二硫化钒单层表现出金属特性，而2H相的二硫化钒则表现出半导 体特性。最近的研究发现，不同种类的过渡金属二硫化物可以构成垂直排列的范德瓦尔斯 层状异质结或共面排列的侧面异质结(Z.Zhang,et al.,Epitaxial Growth of Two-Dimensional Metal-Semiconductor Transition-MetalDichalcogenide Vertical Stacks(VSe₂/MX₂)and Their Band Alignments[J],ACS Nano13,885(2019))，进而表现出一些新奇的特性。关于其光电性 质及在纳米器件领域的潜在应用尚未有相关研究报道。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种基于过渡金属二硫化物侧面异质结的光子探测 器。通过设计将1T相结构的二硫化钒单层(即1T-VS₂)与2H相结构的二硫化钼单层(即2H-MoS₂)组合成一个共面排列的侧面异质结结构,当在异质结两端分别加上源极(Source)、 漏极(Drain)和栅极(Gate)电极时，即可构成一个光电晶体管结构，在光照射下，该光电晶体 管会产生一定的电流信号，并对一定能量(颜色)的光子具有较高的敏感度，表现出较好 的光子探测作用。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种基于过渡金属二硫化物侧面异质 结的光子探测器，其特征在于该光子探测器由呈现金属性的1T相结构的二硫化钒单层与 呈现半导体性的2H相结构的二硫化钼单层组成的共面侧面异质结构成。

进一步优选，所述的过渡金属二硫化物侧面异质结光子探测器按照如图1所示的两种 接触结构。第一种结构为：1T相二硫化钒单层与2H相结构二硫化钼均沿着它们的锯齿型 方向接触耦合，如图1(a)所示；第二种结构为：1T相二硫化钒单层与2H相结构二硫化钼均沿着它们的扶手椅型方向接触耦合，如图1(b)所示。