[发明专利]一种碳化硅/二硫化锡异质结光电晶体管及其制备方法和应用

说明书

本发明属于紫外‑可见探测技术领域，公开了一种碳化硅/二硫化锡异质结光电晶体管及其制备方法和应用，该晶体管的结构为SiC/SiO₂/SnS₂纳米片/源电极和漏电极/栅极介电层六方氮化硼/顶栅电极石墨烯/栅电极，SnS₂纳米片和SiC衬底接触形成异质结；该方法在清洗的SiC上沉积SiO₂膜，利用激光直写技术获得SiO₂窗口，将SnS₂纳米片转移至SiC上形成SiC‑SnS₂异质结，沉积金属得到源电极和漏电极，六方氮化硼作为栅极介电层，石墨烯作为顶栅电极材料，再光刻沉积金属制备栅电极，在150～250℃退火制得。该光电晶体管具有良好的栅压调控能力、较高的光灵敏度、较快的响应时间和较高的比探测率。

技术领域

本发明属于紫外-可见探测技术领域，更具体地，涉及一种碳化硅/二硫化锡(SiC/SnS₂)异质结光电晶体管及其制备方法和应用。

背景技术

SiC是第三代宽禁带半导体之一，禁带宽度在2.3～3.3eV之间，具有大的电子饱和漂移速度，高击穿场强，抗辐射能力，化学稳定性高、紫外-可见光波段有较好的吸光度等优点。基于这些优点，SiC作为半绝缘和半导体适合制作成功率半导体器件、微纳光电子器件如垂直光电二极管、位置依赖光电晶体管、肖特基二极管等。目前已有大量基于SiC和其它半导体结合的工作如β-Ga₂O₃/SiC、石墨烯/SiC。然而，目前SiC与新型二维半导体材料的结合较少，SiC仍然停留在紫外探测应用领域，不利于SiC的长远发展；此外，现有的二维材料主要还是以SiO₂/Si为衬底，这类器件的缺点包括衬底不吸光，不耐高压，漏电流不够低，栅压施加范围较窄，还需要掺杂、组合等方法来提高二维材料的性能。目前还缺乏一种行之有效的水平SiC-二维材料加工工艺技术。因此，有必要构思一种简便且高效的加工技术。

SnS₂作为重要的IV_A-VI_A族半导体之一，具有价格便宜，地球储量丰富和无毒的优点。据报道，层状SnS₂的最大带隙值超过了～2.23eV，比传统过渡金属硫属化物如MoS₂(1.8eV)、WS₂(2.0eV)还要大，且电子迁移率高(超过200cm².V^-1.s^-1)，高入射光电流转换效率(～38.7％)，紫外-可见光区域光吸收效率高(＞10⁴cm^-1)。SnS₂合适的带隙使其具有良好的光电性质，可应用于可见光光电晶体管、太阳能电池和二极管等，但是高性能的SnS₂往往需要表面处理、选择石墨烯电极等方法来提高性能。近年来，由于范德瓦尔斯结不受晶格失配的影响，新型二维半导体材料与三维半导体的结合为光电子器件、集成电路的发展提供了潜在的应用价值，例如光电探测器、太阳能电池、隧道二极管等。综上所述，SiC与SnS₂的结合可以显著改善器件的紫外-可见吸收能力，并且有望用于高灵敏度、快速响应的器件上。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明目的在于提供一种碳化硅/二硫化锡(SiC/SnS₂)异质结光电晶体管。该光电晶体管具有良好的紫外-可见探测能力、良好的栅压调控能力、较高的光灵敏度(R_λ＝1000～3090mA/W)、较快的响应时间(上升/下降时间分别为0.35～0.5s/0.36～0.6s)和较高的比探测率(D*＝1.9～7.8×10¹¹Jones)。

本发明的另一目的在于提供上述SiC/SnS₂异质结光电晶体管的制备方法。该方法是将机械剥离的二硫化锡纳米片通过PVA干法转移到SiC基底上形成范德瓦尔斯异质结，并利用光刻蒸镀技术制备成光电晶体管。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：