[发明专利]一种基于铁电半导体和薄层二维材料的光电探测器

说明书

本发明公开了一种基于铁电半导体和薄层二维材料的光电探测器，包括掺杂硅衬底、电介质层、二维材料薄膜层、α‑硒化铟二维铁电半导体层及两个金属电极，其中，掺杂硅衬底、电介质层、二维材料薄膜层及α‑硒化铟二维铁电半导体层自下到上依次分布，一个金属电极位于α‑硒化铟二维铁电半导体层上，另一个金属电极位于二氧化铪电介质层上，该探测器能够扩展响应光谱带宽，提高响应度。

技术领域

本发明涉及一种二维材料的光电探测器，具体涉及一种基于铁电半导体和薄层二维材料的光电探测器。

背景技术

自石墨烯通过机械剥离法获得以来，由于其优越的结构特性、光学特性和光电特性，石墨烯在诸多领域受到广泛关注和研究。随着石墨烯的研究深入，科学家发现了诸多具有类似结构的二维材料，包括类似石墨烯的六方氮化硼，氧化石墨烯等，此外还有过渡金属硫族化合物及其他二维氧化物材料等。以石墨烯为代表的二维材料具有良好的光电响应特性，能够实现宽光谱响应并提高响应灵敏度。

铁电材料作为一类有极化特性的材料，能够随着外加电场作用同步极化，这一特性使其在数据存储，以及光电响应领域有重要的应用。在光电器件应用中，铁电材料的极化能够对半导体层内的电流特性进行调控，从而提高光电探测器的灵敏度和增益。α-硒化铟作为典型二维铁电半导体材料，兼具了薄层材料的结构优势，室温下良好的铁电性以及半导体特性。

采用铁电材料与二维材料结合的光电探测器件能够在实现扩展探测光谱范围的同时，利用铁电层极化实现对器件的调控，从而提高光电探测器件的响应度和增益，然而现有技术中没有出现类似的光电探测器。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于铁电半导体和薄层二维材料的光电探测器，该探测器能够扩展响应光谱带宽，提高响应度。

为达到上述目的，本发明所述的基于铁电半导体和薄层二维材料的光电探测器包括掺杂硅衬底、电介质层、二维材料薄膜层、α-硒化铟二维铁电半导体层及两个金属电极，其中，掺杂硅衬底、电介质层、二维材料薄膜层及α-硒化铟二维铁电半导体层自下到上依次分布，一个金属电极位于α-硒化铟二维铁电半导体层上，另一个金属电极位于二氧化铪电介质层上。

掺杂硅衬底为n-掺杂硅衬底或者p-掺杂硅衬底。

电介质层的厚度为10-15nm。

α-硒化铟二维铁电半导体层的厚度为50-100nm。

二维材料薄膜层的厚度小于5nm。

α-硒化铟二维铁电半导体层与二维材料薄膜层构成P-N结结构。

电介质层为二氧化铪电介质层。

二维材料薄膜层的材料为石墨烯、过渡金属硫化物或六方氮化硼。

金属电极为铬金复合电极，金属电极中铬的厚度为10nm，金属电极中金的厚度为50nm。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的α-硒化铟二维铁电半导体层与二维材料薄膜层构成PN结作为光电响应功能层，α-硒化铟在实现光电效应的同时能够通过外加电场对其极化方向进行调整，以实现光电探测器件增益，有效增加光电响应光谱带宽，提高光电响应度，同时需要说明的是，本发明采用电介质层替换传统的二氧化硅栅极电介质材料，从而进一步缩小器件尺寸，结构简单，实用性极强。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的一种铁电调控原理图；

图3为本发明的另一种铁电调控原理图。

其中，1为掺杂硅衬底、2为电介质层、3为α-硒化铟二维铁电半导体层、4为二维材料薄膜层、5为金属电极。