[发明专利]光电探测器、制备方法及光电器件

权利要求书

1.一种光电探测器，其特征在于，包括：衬底、设置在所述衬底上的绝缘层，以及设置在所述绝缘层上的氮化硅波导；

所述光电探测器还包括电介质层和二维过渡金属硫化物层，所述电介质层覆盖在所述氮化硅波导和露出的绝缘层上，所述二维过渡金属硫化物层覆盖在所述电介质层上；所述露出的绝缘层指所述绝缘层表面未被所述氮化硅波导覆盖的部分；所述氮化硅波导与所述电介质层，以及所述二维过渡金属硫化物层构成范德瓦尔斯接触，形成异质结，其中，所述电介质层为六方氮化硼h-BN电介质层，所述氮化硅波导与所述电介质层，以及二维过渡金属硫化物层构成范德瓦尔斯接触形成的异质结为氮化硅/h-BN/TMDCs异质结；

其中，通过所述二维过渡金属硫化物层的激子和所述氮化硅波导的光波导模式的耦合作用，增强所述二维过渡金属硫化物层中的过渡金属硫化物对传输至所述光电探测器的信号光的横向吸收，提高光电响应度；

所述光电探测器还包括：

第一电极和第二电极；所述第一电极和所述第二电极设置在所述氮化硅波导的两侧；

其中，通过调整所述第一电极、所述第二电极和所述衬底之间的电压，用来分离氮化硅和二维过渡金属硫化物异质结中的载流子，以调整光电流大小；和/或，通过控制所述氮化硅波导的光波导模式，调控所述氮化硅波导与所述二维过渡金属硫化物层的激子耦合作用的强弱，以改变过渡金属硫化物对传输的信号光的横向吸收强度；

所述第一电极设置在所述氮化硅波导一侧的二维过渡金属硫化物层上，所述第二电极设置在所述氮化硅波导另一侧的二维过渡金属硫化物层上。

2.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，还包括：第一氮化硅耦合器和第二氮化硅耦合器；

所述第一氮化硅耦合器设置在所述氮化硅波导的一端，所述第二氮化硅耦合器设置在所述氮化硅波导的另一端；

传输到所述光电探测器的信号光由所述第一氮化硅耦合器传入，并由所述第二氮化硅耦合器传出。

3.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，在所述第一电极和所述二维过渡金属硫化物层之间设置有氧化层，在所述第二电极和所述二维过渡金属硫化物层之间没有氧化层；所述第一电极和所述第二电极均由金或钛形成，所述氧化层由三氧化二铝Al₂O₃形成。

4.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述氮化硅波导为脊型波导、沟道型波导和一维光子晶体波导中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述二维过渡金属硫化物层由单层的二硫化钨WS₂、二硒化钨WSe₂、碲化钨WTe₂、二硫化钼MoS₂、二硒化钼MoSe₂、二碲化钼MoTe₂形成，或者由WS₂、WSe₂、WTe₂、MoS₂、MoSe₂、MoTe₂中的任意两种构成的范德瓦尔斯异质结形成。

6.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述衬底由P++型掺杂的单晶硅形成，充当栅极，所述绝缘层由二氧化硅形成，所述绝缘层的厚度大于或等于1微米且小于或等于2微米，所述电介质层的厚度为10-20纳米。

7.一种光电器件，其特征在于，包括如权利要求1～6任一项所述的光电探测器。

8.一种如权利要求1～6任一项所述的光电探测器的制备方法，其特征在于，包括：

在所述衬底上形成所述绝缘层；

在所述绝缘层上形成所述氮化硅波导；

在所述氮化硅波导和露出的绝缘层上形成所述电介质层；

采用低残留胶带机械剥离法制备所述二维过渡金属硫化物层，并使用干法转移到所述电介质层上。

9.一种如权利要求1～6任一项所述的光电探测器的使用方法，其特征在于，包括：

通过控制所述氮化硅波导的光波导模式，调控所述氮化硅波导与所述二维过渡金属硫化物层的激子耦合作用的强弱，以改变过渡金属硫化物对传输的信号光的横向吸收强度；和/或，

通过调整第一电极、第二电极和衬底之间的电压，用来分离氮化硅和二维过渡金属硫化物异质结中的载流子，以调整光电流大小。