[发明专利]一种SiC基二硫化钨紫外-可见光电探测器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SiC基二硫化钨紫外‑可见光电探测器及其制备方法和应用。该探测器的结构为背电极/n⁺SiC(360μm)/n^‑SiC(11μm)/对称电极/WS₂纳米片；所述探测器先在SiO₂/Si衬底上通过机械剥离制备微米尺寸的不规则WS₂纳米片；再通过PVA干法转移工艺，将WS₂转移至已通过光刻蒸镀工艺沉积对称电极的SiC衬底上，最后将附有WS₂/PVA膜的SiC衬底放入50～60℃去离子水或二甲基亚砜中加热使PVA膜溶解；保护气氛中在100～250℃退火获得。本发明提高了WS₂探测器的性能，促进了SiC基二维材料功能器件的应用发展，有利于商业化推广。

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SiC基二硫化钨紫外-可见光电探测器及其制备方法和应用。

背景技术

光电探测技术是影响人类现代生活的众多技术之一，具有高灵敏度、低噪声、快速响应以及宽谱探测的光电器件是丰富和方便人们日常生活的迫切要求；SiC作为第三代宽禁带半导体，具有高热导率、高击穿场强、高饱和电子偏移速率以及良好的紫外-可见探测等优点。在黑暗下，SiC可以作为绝缘体充当器件的介电层；在合适光照下，SiC可以作为半导体充当器件的外延感光层。然而，目前SiC基光电探测器大部分应用于紫外探测领域，在紫外-可见领域涉足较少，没有完全发挥出SiC探测器在耐高温耐高压和宽谱探测的潜力。同时，SiC基器件选择的感光材料仍然以宽禁带氧化物为主，如Ga₂O₃、ZnO等。

自从2004年石墨烯被成功剥离以来，原子级别厚度的二维层状材料作为一个丰富的材料体系，涌现出了黑磷、六方氮化硼、石墨炔等。其中，过渡金属硫族化合物(TMDCs)如WS₂是在范德瓦尔斯力相互作用下以三明治链接层层堆叠而成，具有层数可调带隙和高光吸收效率的特征。一般来说，单层结构拥有直接带隙、高载流子迁移率以及较高的荧光量子产率，在诸如隧穿晶体管、超薄光电探测器、发光二极管等光电子和光收集器件的应用上有着优异的表现，并且由于弱的范德瓦尔斯力结合以及无需考虑晶格失配限制，不同TMDCs材料可以自由堆叠形成异质结，从而得到单一材料所不具有的新奇光学、电学性质。然而，WS₂光电探测器大部分仍然以SiO₂/Si衬底和顶金属-半导体接触为主，这样大大限制了其电学和光电性能的进一步提高。同时，以往的异质结堆叠大多数是WS₂与其他二维材料、Si、GaAs等结合，这些器件一般都仅仅利用另一组分的导电性和光吸收，没有实现多功能调控光电性能的效果。最重要的是，光刻图案在材料上制作的器件在金属-半导体界面处容易产生费米能级钉扎效应等问题，从而导致较大的暗电流、低开路电流密度和较大的噪声等效功率，也减少了材料的感光面积以及延长了光生载流子传输距离，从而降低了器件的灵敏度、比探测率和响应时间。

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SiC基二硫化钨紫外-可见光电探测器。该探测器在黑暗条件具有明显的肖特基接触现象，光照下具有较大的光开关比(10⁴)、快速光响应(20～40ms)、高灵敏(最大R达60A/W，最大比探测率达5×10¹¹Jones，外量子效率为238％)，并且n^-SiC(11μm)/n⁺SiC(360μm)衬底具有底栅调控WS₂的特点。