[发明专利]一种二硫化钼/二硫化钨红外双色探测器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种二硫化钼/二硫化钨红外双色探测器及其制备方法，所述探测器包括蓝宝石衬底、MoS₂层、WS₂层和金电极，蓝宝石衬底上生长MoS₂层，MoS₂层上生长WS₂层，金电极设置在MoS₂层和WS₂层上，具体制备方法如下：一、利用磁控溅射技术在蓝宝石衬底上生长MoS₂层；二、利用CVD技术在MoS₂层上生长WS₂层；三、利用磁控溅射技术在MoS₂层和WS₂层表面蒸镀金电极。本发明利用WS₂层与MoS₂层构成超晶格，通过调节厚度，在超晶格中形成多个子带能级，能级带隙满足中波双色红外探测要求，当入射光子大于等于超晶格的自带能级时，光生载流子可以在子带间跃迁，超晶格的电导率增加，实现红外双波段探测。

技术领域

本发明属于光电探测成像探测技术领域，涉及一种红外双色探测器及其制备方法，具体涉及一种垂直堆叠MoS₂/WS₂红外双色探测器及其制备方法。

背景技术

红外探测器把接收到的红外辐射转换成相应的电信号，是红外技术的核心，红外探测器的发展引领也制约着红外技术的发展。在过去的几十年里，大量的新型材料、新颖器件不断涌现，红外光电探测器完成了第一代的单元、多元光导器件向第二代凝视型红外焦平面器件的跨越，正朝着以高工作温度、高探测率、大面阵、低成本、多光谱为特征的第三代红外焦平面技术的方向发展。

目前，实用化的红外双色探测器主要由HgCdTe、锑化物超晶格、III-V族量子阱等材料构成，制备方式主要以分子束外延为主，为实现红外双色探测响应，通常采用复杂的结构。高昂的制备成本与复杂的材料结构与红外光电探测器低成本、小型化、低功耗的发展理念不符。因此，如何实现低成本、简单结构红外双色探测，是目前红外探测器发展亟待解决的问题。

二维过渡金属二硫化物（ransition Metal Dichalcogenides，TMDs），因其优异的物理特性，在光电探测领域颇具优势。过渡金属硫化物是二维原子材料中重要的一员，其分子式为MX₂，其中M代表过渡金属元素，X代表硫族元素。二硫化钼（MoS₂）是典型的层状过渡金属硫族化合物。块状MoS₂是由厚度约为6.5埃的S-Mo-S分子层构成，层与层之间通过范德瓦尔斯力结合在一起，可以通过机械剥离法来制备少层WS₂，大面积的MoS₂还可通过CVD法制备。在单层MoS₂内硫原子和钼原子通过共价键结合，这导致MoS₂的机械强度是钢铁的30倍，而且在惰性气体保护下，当温度达到1100 ℃时还能保持其稳定性。MoS₂带隙随分子层厚度而改变，块状是带隙为1.2 eV的间接带隙半导体，而单层的却是带隙为1.8 eV的直接带隙半导体。MoS₂迁移率超过200 cm² V^-1 S^-1，电流的开关比能达到10⁸，化学性质稳定，有良好的机械性能，这些都使MoS₂在光电探测方面存在巨大的应用前景。

二硫化钨（WS₂）也是过渡金属硫化物的重要一员，有与MoS₂相近的性质和晶体结构。

发明内容

为了解决受限于晶格失配等问题高质量红外双色探测材料制备工艺复杂，成本高，本发明提供了一种低成本的二硫化钼/二硫化钨红外双色探测器及其制备方法。本发明采用磁控溅射结合CVD技术制备垂直堆叠MoS₂/WS₂范德华异质结，避免了因为晶格失配造成的材料晶体质量下降的影响。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：