[发明专利]一种黑体灵敏的室温低维碲红外光电探测器及制备方法

说明书

本发明公开了一种黑体灵敏的室温低维碲红外光电探测器及制备方法。其器件结构自下而上依次为是衬底、低维的纳米半导体，覆盖在器件两端的金属源漏电极。器件制备步骤是将CVD生长的碲(Te)纳米线或者纳米片转移到具有氧化物层的硅衬底上，运用激光直写或者电子束光刻的方法，结合热蒸发工艺制备金属电极作为半导体沟道的源极和漏极，形成纳米线半导体场效应晶体管结构，成为低维纳米光电探测器。器件首先需要在源极和漏极间施加一小电压，通过黑体光源光照下的电流信号变化，进而实现黑体探测。该黑体灵敏探测器具有室温工作、黑体灵敏、响应快、稳定性好及低功耗等特点。

技术领域

本发明涉及一种低维半导体光电探测器件，具体指一种黑体灵敏室温低维碲红外光电探测器及制备方法。

背景技术

黑体响应被广泛应用为一个标准的特征红外焦平面探测器，这是一个重要的参数反映红外光电探测器的灵敏度,并确定相应的实际应用。到目前为止,大多数可用的和高性能的红外与黑体响应光电探测器基于传统III-V和II-VI族化合物材料,如InGaAs InSb,HgCdTe。然而分子束外延(MBE)、金属有机化学气相沉积(MOCVD)等外延生长方法的高生长成本以及严格的冷却要求，严重限制了这些传统红外探测器的广泛应用和推广。

随着低维材料的兴起和逐步发展，窄带隙低维材料在室温下工作的下一代红外光电探测器中表现出了非凡的潜力。与传统材料相比，低维层状材料独特的平面外范德瓦尔斯力使其脱离了表面悬垂键，减少了器件表面复合产生的暗电流。另一方面，由于量子的限制，产生了强光-物相互作用流。尺寸材料使它们能够表现出优异的光探测能力。目前，低维红外探测器在红外激光照明下获得了超高的响应率和探测性。然而，在红外光电探测器的实际应用中，黑体源辐射更接近被探测物体的实际辐照，而不是激光源。黑体的灵敏度意味着低维系统探测器可以向商业应用迈出重要的一步。到目前为止，只有少数基于量子点、碳管和黑磷的红外探测器对黑体辐射有响应。

低维碲作为一种新兴的窄带隙半导体，是室温下高性能晶体管和光电探测器的理想选择。其具备半导体、光电、热电、压电、气敏和透明导电等特性，作为光电子器件可以在光纤通讯、高速电子器件、光电子器件、生物传感器、光电探测器和通讯卫星以及太阳能电池等诸多技术领域有着广阔的应用价值。

为了解决上述黑体灵敏探测器目前遇到的问题，本发明提出了黑体灵敏室温低维碲红外光电探测方法。该方法是基于化学气相沉积(CVD)生长的碲(Te)制作场效应晶体管，由于CVD生长的低维Te具有丰富的表面态、大的比表面积和高载流子迁移率，这三个性质一起可以助于低维纳米器件在室温下黑体灵敏。

发明内容

本发明提出了一种黑体灵敏室温低维碲红外光电探测器及制备方法，实现了低维纳米半导体场效应结构在室温黑体灵敏探测领域的应用。

上述发明将低维纳米材料及其光栅效应引入黑体灵敏探测结构，该探测器结构基于场效应晶体管，在室温下利用低维纳米碲表面态俘获光子诱导的电子，引起光栅效应，可实现器件的高灵敏、低功耗，黑体探测。

本发明指一种黑体灵敏室温低维碲红外光电探测器及制备方法，其特征在于，器件结构自下而上依次为：

P型Si衬底1、SiO₂氧化物层2、在SiO₂氧化层上的低维Te半导体3、分别位于低维Te半导体两端的金属源极4及金属漏极5，其中：

所述的衬底1为硼重掺杂的Si衬底，电阻率小于0.05Ω·cm；；

所述的氧化物层2为SiO₂，厚度280±10纳米；

所述的低维Te半导体3为Te纳米线或纳米片，沟道长度从10微米，纳米线的直径从50纳米到300纳米，纳米片的厚度40～80纳米，宽度为5～8微米；

所述的金属源极4、金属漏极5为Pt和Au复合金属电极，Pt覆盖在Au上，Pt厚度为50纳米，Au厚度为50纳米，