[发明专利]一种悬空横向双异质结光探测器及其制作方法

说明书

本发明提供一种悬空横向双异质结光探测器及其制作方法，该悬空横向双异质结光探测器包括：绝缘基底、支撑结构、第一电极、第二电极和由二维材料制成的二维结构；其中，支撑结构设置在绝缘基底上，第一电极和第二电极设置在支撑结构上；二维结构附着于支撑结构材料之上，按照二维结构与支撑结构的接触情况，分为第一接触区、第二接触区和悬空区；其中，在第一接触区和第二接触区处形成异质结。本发明利用悬空横向双异质结对光的吸收与光电转换特性进行光探测应用，制作方法简单易行，无需在二维材料表面上制作电极；一方面降低了高精度光刻的对准难度和制作成本；另一方面也避免了电极工艺对二维材料表面的污染和损伤，恶化器件的电学接触性能。

技术领域

本发明涉及半导体异质结构与光探测技术领域，特别是指一种悬空横向双异质结光探测器及其制作方法。

背景技术

光探测器是利用半导体对光的吸收所引起的光电导、光生伏特和光热效应而制成的探测器，在军事和国民经济的各个领域有广泛用途。按照工作波段的不同，光探测器可分为紫外、可见、红外光探测器。在紫外波段，主要应用在导弹追踪、非视距保密光通信、海上破雾引航、高压电晕监测、火灾预警、生化检测、生物医学等军民两用领域，需在高温、宇航及军事等极端条件下工作；在可见光或近红外波段主要用于射线测量和探测、工业自动控制、光度计量等；在红外波段主要用于导弹制导、红外热成像、红外遥感等方面。

半导体光电探测器由于体积小，重量轻，响应速度快，灵敏度高，易于与其它半导体器件集成，是一种最理想光探测器，可广泛用于光通信、信号处理、传感系统和测量系统。从第一代Si基材料、第二代III-V族化合物半导体(GaAs、InP等)到第三代宽禁带半导体材料(以GaN、SiC为代表)，半导体材料经历了快速发展，相应地，半导体光电探测器的光谱响应范围也从红外、可见、紫外、深紫外波段逐渐拓展和完善。

近年来，信息功能材料也已由三维(3D)体材料发展到薄层、超薄层甚至二维(2D)单原子层材料。新兴的二维材料为光探测应用提供了崭新的支撑与补充。作为二维材料的典型代表，石墨烯(Graphene)的透光率极高，单层石墨烯的吸收效率只有2.3％，光吸收容易饱和，但是其吸收光的波长范围很广，可以覆盖可见和红外光。其次，二维过渡金属硫族化合物(TMDCs)家族材料丰富，禁带宽度可调节，其中MoS₂作为一种超薄的二维半导体，有着较高载流子迁移率(～410cm²V^-1s^-1)和随着层厚可调控的光学带隙(单层1.8eV)，是一种制备可见光乃至近红外光电探测器的理想材料；PtSe₂因其可调带隙从单层PtSe₂(1.2eV)过渡到零带隙的块体PtSe₂，其响应波段为近红外波段到中红外波段。另外，二维黑磷同样具有带隙可调控特性(0.3eV-2.0eV)，高载流子迁移率(10³cm²V^-1s^-1)、高电流开关比(10⁴-10⁵)以及各向异性等特点使其成为光电探测器的重要候选材料。总体来看，基于二维材料的光电探测器已展现出宽波段响应且高灵敏度的优势，其工作波段主要集中在可见、近红外到远红外区间。

由于超高速光通信、信号处理、测量和传感系统的需要，需要超高速高灵敏度的半导体光电探测器，下一代光电探测器正朝着室温、多波段、高集成化、高性能、低功耗、低成本的方向发展。而新兴二维半导体材料与传统先进半导体材料的集成设计与异质构建将为未来光探测技术发展和应用提供新的机遇。

目前，现有光探测器是在二维材料表面上制作电极，制作成本较高，工艺复杂，且电极工艺会对二维材料表面造成污染和损伤，恶化器件电学接触性能。

发明内容