[发明专利]一种1T相硫化钨双极性异质结窄带近红外光电探测器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种1T相硫化钨双极性异质结窄带近红外光电探测器及其制备方法，该探测器的结构为：在单晶硅衬底的上、下表面皆设置有SiO₂绝缘层；在各层SiO₂绝缘层的中心皆形成有一盲孔；在两盲孔内皆沉积二维1T‑WS₂材料，两层二维1T‑WS₂材料与单晶硅衬底形成1T‑WS₂/Si/1T‑WS₂双极性异质结；上、下两层二维1T‑WS₂材料外表面分别设置有顶电极和底电极。本发明所制备的探测器具有近红外窄带响应、响应速度快、易集成等优势，同时还具有制备方法简单、成本低、稳定性高、兼容性强等优点，将在研发低成本、高速、稳定、高集成度的窄带近红外探测器中具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种1T相硫化钨双极性异质结窄带近红外光电探测器及其制备方法，属于半导体光电器件技术领域。

背景技术

光电探测器是光电子器件的核心器件之一，近红外光探测器因在光通信、生物诊断、夜视、环境监测及遥感等领域有着广泛的应用而引起了人们的广泛关注。具有高灵敏度和窄带响应特性的近红外光电探测器在光谱学、临床医学、化学元素分析等领域具有巨大的潜力应用价值。当前，窄带光探测器大多数是通过在宽光谱光电探测器中引入滤光片而实现窄带探测器，这种引入滤光片的方法加大了研究的难度和操作的复杂程度，并且也增加了成本和窄带探测器的体积。此外，目前商用的光学滤波器由于固有限制并不能满足需求。近年来，随着新型光电材料的制备及光电特性的研究深入，关于新型材料无滤光片的窄带探测器有了相关的报道，例如基于钙钛矿和有机染料分子制备的窄带光电探测器[J.Li；J.Wang；J.Ma；H.Shen；et al.Nature Communications.2019,10,806；Y.Fang；Q.Dong；Y.Shao；et al.Nature Photonics.2015,9.679.]，这些窄带光电探测器响应具有光谱可调和灵敏度高等优异特性，但面临在常温下不稳定且具有毒性、抗干扰能力差、难于集成等问题。

近十几年来，新型二维半导体异质结探测器正成为国际前端纳米科学、材料科学以及新型半导体器件研究中的焦点。研究发现二维过渡金属硫属化合物材料在室温红外探测中具有潜在的应用前景，1T相过渡金属硫族化合物具有较宽的红外光谱吸收，可避免缺陷调控等材料特性问题，将为二维过渡金属硫族化合物在红外探测中的应用拓展新的研究方向，但其面临材料制备及性能优化等诸多方面的关键问题。因此研发一种廉价、结构简单、无公害、易集成的高效窄带近红外光探测器有着重要的意义。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺点与不足，本发明旨在提供一种硅兼容的1T-WS₂双极性异质结窄带近红外光电探测器及其制备方法，所要解决的技术问题是通过脉冲激光沉积的方法构造双极性异质结，同时使制备的器件具有高响应速度、高探测率、抗可见光干扰性强等特性。

本发明为解决技术问题，采用如下技术方案：

本发明公开的一种1T相硫化钨双极性异质结窄带近红外光电探测器，其特点在于：所述近红外光电探测器是以单晶硅衬底作为基底，在所述单晶硅衬底的上、下表面皆设置有SiO₂绝缘层；在各层SiO₂绝缘层的中心、沿SiO₂绝缘层的厚度方向皆形成有一盲孔，所述盲孔的深度与所述SiO₂绝缘层的厚度相等；在两盲孔内皆沉积有二维1T-WS₂材料，且二维1T-WS₂材料的厚度与盲孔深度相等；两层二维1T-WS₂材料分别位于单晶硅衬底的上、下表面，形成1T-WS₂/Si/1T-WS₂双极性异质结；

在位于单晶硅衬底上表面的二维1T-WS₂材料上设置有顶电极，在位于单晶硅衬底下表面的二维1T-WS₂材料上设置有底电极，所述顶电极及所述底电极均与相应的二维1T-WS₂材料形成欧姆接触。