[发明专利]一种增强型二维半导体光电探测器及其制备方法

说明书

本发明涉及到一种增强型二维半导体光电探测器及其制备方法，本发明包括由下至上的绝缘衬底1、金属电极2、二维半导体薄膜3和贵金属纳米颗粒4。在绝缘衬底上光刻制备电极，化学气相沉积(CVD)方法制备二维半导体材料，物理蒸镀的贵金属薄膜经过高温退火形成贵金属纳米颗粒。将制备的二维半导体薄膜和贵金属纳米颗粒依次转移到制备的电极上，构建复合结构的光电探测器。本发明所涉及的光电探测器制备方法简单，其具有低的暗电流和高的开关比。

技术领域

本发明属于二维半导体光电探测器制备领域，特别涉及到二维半导体光电探测器的制备和器件性能提升的方法，更具体的涉及到引入贵金属纳米颗粒的一种增强型二维半导体光电探测器及其制备方法。

背景技术

在光电子系统中，光电探测器件是重要且关键的部件之一，在射线测量与探测、光度计量和红外热成像等领域都有广泛运用。传统的半导体光电探测器主要基于硅(Si)、锗(Ge)和一些Ⅲ-Ⅴ族化合物材料，这些材料制备的光电导型探测器，其器件结构简单、成本低和响应度高。即使高精端集成技术能够使这些材料制备的器件商业化多年，但仍具有较高的暗电流和较低的归一化探测率等不足。虽然PN结和PIN结的光电探测器可以有效降低暗态电流，但成本相对较高。二维半导体以其强烈的光与物质相互作用特性、带隙可调的宽光谱、柔性和易于集成等特点，或将成为下一代光电探测器材料之一。目前，由于新型二维半导体掺杂相对困难，难以构建PN结或PIN结，阻碍其发展应用。光电导型探测器是二维半导体探测器应用的重要发展方向，因为其结构简单和成本相对较低等优点。针对如何简化制备工艺，高效快速、低成本提高探测器的响应度；如何降低探测器的暗电流提高归一化探测率。本发明公开了一种增强型二维半导体光电导探测器及其制备方法。通过引入贵金属来修饰二维半导体材料，从而提高探测器性能。利用贵金属纳米颗粒与光之间的相互作用，提高材料对光的吸收，从而提高响应度。同时，在暗态下二维半导体中的一部分载流子能够被运输到贵金属纳米颗粒中，起到减小暗电流的效果。该方法制备的光电探测器具有结构简单，低的暗电流和高的开关比的优点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种增强型二维半导体光电探测器及其制备方法。通过将物理蒸镀后退火的贵金属纳米颗粒转移到二维半导体材料上，制备结构简单的光导型光电探测器，该探测器具有较高的响应度和极低的暗电流。

为实现上述目的，本发明提供了一种增强型二维半导体光电探测器及其制备方法，包括从下到上的绝缘衬底、金属电极、二维半导体材料以及贵金属纳米颗粒。其中二维半导体材料是通过化学气相沉积(CVD)的方法制备，贵金属纳米颗粒是通过先物理镀薄层贵金属膜，再经过高温退火制备。贵金属膜通过高温退火方式形成贵金属纳米颗粒，再将贵金属纳米颗粒转移到二维半导体材料上，其具备以下3个创新点：

(1)通过对贵金属膜高温退火形成贵金属纳米颗粒，不仅高效快速的制备贵金属纳米颗粒还降低成本。同时，不同厚度的贵金属薄膜经过高温退火后，其形成的贵金属颗粒大小也不同。

(2)引入的贵金属纳米颗粒与光相互作用，形成等离激元促进了二维半导体材料对入射光的吸收。

(3)在二维半导体/贵金属纳米颗粒的复合结构中，贵金属的功函数大于二维半导体二维半导体的功函数，二维半导体材料中一部分电子会转移到贵金属纳米颗粒中，减少暗态下二维半导体中的载流子数目，起到减小暗电流的作用。

本发明提供了一种增强型二维半导体光电探测器及其制备方法，包括如下步骤：

步骤1：在绝缘衬底上用光刻的方法制备阵列电极形状。

步骤2：在步骤1刻好电极形状的基底上制备金属电极。

步骤3：将制备的二维半导体薄膜转移到步骤2的电极上。

步骤4：将贵金属颗粒转移到步骤3的二维半导体薄膜上，形成复合结构。

在本发明的所述步骤1中光刻方法如下：