[发明专利]一种硅兼容双极性异质结紫外-近红外双波段光电探测器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种硅兼容双极性异质结紫外‑近红外双波段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一盲孔；在上层盲孔内沉积有二维2H‑MoSe₂材料，在下层盲孔内沉积有二维1T‑WS₂材料，两种材料与单晶硅衬底形成2H‑MoSe₂/Si/1T‑WS₂双极性异质结；上层二维2H‑MoSe₂材料和下层二维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在紫外和近红外双波段的窄带响应，且响应速度快、易集成。

技术领域

本发明涉及一种硅兼容双极性异质结紫外-近红外双波段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

光电探测器是将难以衡量和处理的光信号转换为易于量化和处理的电信号的仪器，是光电子器件的重要研究内容之一，在军事和国民生活中扮演着重要的角色。随着光电探测器的不断发展，各种不同类型的光电探测器被研制出来，譬如应用于军事上导弹制导的红外光电探测器、在食品医疗器械上有着广泛应用的紫外光电探测器。紫外-近红外双波段光电探测器在生物医学器械、成像系统等方面有着重要的作用，因而受到了广泛的研究。当前的双波段光电探测是在宽光谱光电探测器的基础上引入滤光片，将其它波段的光过滤从而实现紫外-近红外双波段探测器的功能。这种滤光片引入的方法不仅增加了研究的难度，还增加了器件的成本和体积，造成器件难以大规模的集成。随着研究的不断深入，近些年来关于无滤光片的双波段光电探测器有了相关的报道。例如利用InSe肖特基二极管和金等离子体纳米颗粒实现了紫外-可见光双波段探测[M.J.Dai；H.Y.Chen；FR；et al.ACSNano.2018,12,8739]，以及基于混合相MgZnO/i-MgO/p-Si双异质结的双色紫外光探测器[X.H.Xie；Z.Z.Zhang；C.X Shan；et al.Applied Physics Letters.2012,8,101]，但是这些光电探测器存在着材料有毒、器件稳定性差、难以制备以及没有近红外探测等问题。因此，研制出一种无毒安全可靠、稳定性高、可控性好的高性能紫外-近红外窄带双波段光电探测器是非常有意义的。

近年来，新型二维过渡金属硫族化合物由于出色的电子学、光学以及物理学特性，在光电子器件领域上有着巨大的发展潜力，成为光电子器件研究的热点材料。2H-MoSe₂由于其出色的半导体性质以及和紫外光相吻合的固有带隙，利用二维材料厚度光谱调控特性，可实现高性能的紫外探测。1T-WS₂由于其金属性质，具有优异的红外吸收性能，在红外探测上有着巨大的潜力。因此，构建2H-MoSe₂/Si/1T-WS₂双极性异质结，利用二维材料的电学和光学特性以及厚度光谱调控特性，有望实现紫外-近红外高性能双波段探测。

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2H-MoSe₂和1T-WS₂双极性异质结紫外-近红外双波段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双波段光探测、高响应速度、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：