[发明专利]高光响应TiO2

说明书

本发明涉及光电器件领域，提供了一种高光响应TiO₂/MoS₂异质结可见光探测器及制备方法，所述探测器基于背栅MoS₂场效应晶体管，包括沟道MoS₂、修饰层TiO₂、介电层SiO₂、源漏极Au和栅极Si，修饰层TiO₂修饰在沟道MoS₂表面。本发明方法采用微机械剥离法和定点转移电极法构筑背栅少层MoS₂场效应晶体管，在沟道表面沉积Ti，自然氧化得到探测器。本发明可获得比较完美的Au/MoS₂界面，避免破坏MoS₂结构或引入杂质；Ti的强浸润性使得TiO₂具有超薄特性，并增大了TiO₂与MoS₂间接触面积，TiO₂中氧空位提升可见光响应，TiO₂在MoS₂中引入更多空穴陷阱，增强光诱导栅控效应。

技术领域

本发明涉及光电器件领域，特别涉及一种高光响应TiO₂/MoS₂异质结可见光探测器及制备方法。

背景技术

随着光电器件朝着横向高度集成和纵向不断减薄的方向发展，商业化应用的硅基场效应管正面临着难以进一步微型化的发展瓶颈。二维过渡金属硫化物 (TransitionMetal Dichalcogenides，TMDs)的出现为延续摩尔定律注入了新的希望。TMDs因具有可调的半导体能带结构、强激子发光、高电流开关比等优异的物理特性，在场效应管、发光二级管、光电探测器等微电子和光电子领域展现出十分重要的应用前景。但是，单一组分的TMDs光探测器的低光响应率和低比探测率难以满足器件实际应用的需要。为此，在纳米尺度上设计和制备基于 TMDs异质结构的高性能光电探测器是当前研究的重要方向，特别是在研制高光响应的金属氧化物/TMDs光探测器方面仍有巨大的发展空间。

金属氧化物/TMDs异质结构由于存在电荷转移、电荷陷阱、介电屏蔽、压电效应等界面电荷效应，可以实现对TMDs光电性能的优化，提升其在光电领域的应用潜力。二者间的界面电荷效应与界面状态紧密相关。金属氧化物/TMDs 异质结具有可控的表面、界面和独特的能带排列，有望成为最有前途的光电功能材料之一。基于金属氧化物/TMDs异质结的光探测器由于显著增强的光探测性能，为其在光电探测中的应用提供了良好基础，也为构筑新型高性能TMDs光电探测器件提供了新思路。

发明内容

本发明的目的就是解决现有技术的不足，提供了一种高光响应TiO₂/MoS₂异质结可见光探测器及制备方法。

本发明采用如下技术方案：

一种高光响应TiO₂/MoS₂异质结可见光探测器，所述探测器基于背栅MoS₂场效应晶体管，所述探测器包括沟道MoS₂、修饰层TiO₂、介电层SiO₂、源漏极 Au和栅极Si，所述修饰层TiO₂修饰在沟道MoS₂表面。在现有案例中，我们采用微机械剥离法制备MoS₂薄片。因为该方法通过使用胶带对层状结构的块体进行剥离，不会破坏MoS₂面内的共价键，得到的MoS₂通常具有缺陷少、高度结晶、表面清洁等特点。但不局限于微机械剥离法制备MoS₂薄片。化学气相沉积法制备的单层或少层MoS₂也可以替代使用。为了获得平整均匀的金属氧化物纳米结构，采用电子束蒸镀技术在MoS₂表面沉积一定厚度的Ti，自然氧化后得到 TiO₂。因为电子束蒸镀相比其他物理气相沉积方法具有能量密度高、沉积速率可控等优势，可用于制备高纯度高均匀性的薄膜材料。