[发明专利]一种双栅结构的二维半导体光电探测器及其制备方法

权利要求书

1.一种双栅结构的二维半导体光电探测器，其特征在于，所述的探测器的结构自下而上分别为：衬底电极层（1）、衬底介电层（2）、第一透明二维介电层（3）、二维半导体层（4）、第二透明二维介电层（6）和透明二维导体层（7）；所述衬底电极层（1）作为底栅电极；二维半导体层（4）作为器件工作的载流子沟道，其两端分别连接一个第一金属电极层（5）作为源极和漏极；在透明二维导体层（7）的一端连接第二金属电极层（8）作为顶栅电极；当底栅和顶栅所加电压的极性相反时，在静电场的作用下，二维半导体层（4）中的电子和空穴会分别向上下两个界面聚集，从而在二维半导体层（4）中形成一个垂直的PN同质结；

第一透明二维介电层（3）转移到衬底电极层（1）和衬底介电层（2）的衬底上，二维半导体层（4）定点转移到第一透明二维介电层（3）上作为器件的载流子沟道；第一金属电极层（5）转移到二维半导体层（4）两端作为源极和漏极；二维半导体层（4）上转移第二透明二维介电层（6），覆盖住整个沟道；透明二维导体层（7）转移到第二透明二维介电层（6）上，覆盖整个沟道但不与第一金属电极层（5）接触；转移第二金属电极层（8）至透明二维导体层（7）的一端作为顶栅电极但不覆盖沟道；

所述的第一透明二维介电层（3）、第二透明二维介电层（6）均为氮化硼薄层；所述的透明二维导体层（7）为石墨烯薄层。

2.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述衬底电极层（1）和衬底介电层（2）选用硅/二氧化硅衬底，其中二氧化硅的厚度为280~300纳米。

3.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述的第一透明二维介电层（3）、第二透明二维介电层（6）厚度均为15~30纳米。

4.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述的二维半导体层（4）是指具有双极性的过渡金属硫族化合物。

5.根据权利要求4所述的探测器，其特征在于，所述的二维半导体层（4）选自二硒化钨或二碲化钼。

6.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述的第一金属电极层（5）和第二金属电极层（8）选自金、银或钯。

7.一种如权利要求1至6任一项所述的双栅结构的二维半导体光电探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.利用机械剥离法得到所需的第一透明二维介电层（3）和第二透明二维介电层（6）、二维半导体层（4）及透明二维导体层（7）；

S2.利用干法转移技术，将第一透明二维介电层（3）转移到衬底电极层（1）和衬底介电层（2）的衬底上，将二维半导体层（4）定点转移到第一透明二维介电层（3）上作为器件的沟道；

S3.将两块蒸镀的第一金属电极层（5）转移到二维半导体层（4）两端作为源极和漏极；

S4.在二维半导体层（4）上转移第二透明二维介电层（6），覆盖住整个沟道；

S5.转移透明二维导体层（7）到第二透明二维介电层（6）上，覆盖整个沟道但不与第一金属电极层（5）接触；最后转移第二金属电极层（8）至透明二维导体层（7）的一端作为顶栅电极但不覆盖沟道，得到最终的器件结构；

S6.将上述器件结构放入退火炉中退火，使得层与层之间的接触，最终得到双栅结构的二维半导体光电探测器。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述干法转移技术是指：将目标材料转移到PDMS并固定至载玻片上，然后利用二维材料转移平台以及显微镜的对齐功能，将目标材料和目标衬底进行缓慢贴合，辅助加热之后缓慢抬起载玻片，即可将目标材料转移至目标衬底的指定位置。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述退火的 温度为120~200摄氏度，时间为0.5~2小时。