[发明专利]一种基于混维Sn-CdS/碲化钼异质结的光电探测器及其制备方法

说明书

本发明属于电子器件技术领域，公开了一种基于混维Sn‑CdS/碲化钼异质结的光电探测器及其制备方法。所述光电探测器的结构为电极/Sn‑CdS/MoTe₂异质结/电极；所述Sn‑CdS/MoTe₂异质结中Sn‑CdS为Sn掺杂CdS纳米线，MoTe₂为纳米片；Sn‑CdS/MoTe₂异质结不与电极接触。该基于混维Sn‑CdS/MoTe₂异质结的光电探测器具有优越的吸光能力与载流子传输能力。该光电探测器在325～808nm波长内具有较高的响应率(400～600mA/W)和探测率(10¹²～10¹³Jones)。本发明的工艺简单易操作，为基于混维半导体材料异质结的高性能光电探测器的研究提供了思路。

技术领域

本发明属于电子器件技术领域，更具体地，涉及一种基于混维Sn-CdS/碲化钼(MoTe₂)异质结的光电探测器及其制备方法。

背景技术

自2004年石墨烯被机械剥离出来以来，研究者已经发现和研究了许多二维材料，如黑磷、h-BN和过渡金属二硫属元素化物(TMD)。其中，碲化钼(MoTe₂)具有独特的特性，如高外量子产率(10-15％)、高载流子迁移率(30-40cm²/Vs)和自旋轨道耦合较大，使其成为下一代光电子学应用的候选者。然而，仍存在一些固有的材料问题，基于单个MoTe₂的光电探测器的性能总是不尽如人意。一方面，由于其纳米级(10-100nm)的厚度，2D MoTe₂表现出较差的光吸收(光吸收系数4-5×10⁴cm^-1)。此外，带电杂质的散射、来自相邻电介质的界面库仑杂质和表面极性声子散射都会影响光生载流子的传输。另一方面，由于缺乏有效的光电导增益，在激发一个入射光子时不能产生多个电荷载流子。因此，单个基于MoTe₂的光电探测器件的响应度通常非常低。

构建由二维材料和其他低维材料组成的异质结光电探测器已被证明是提高器件性能的有效方法之一。特别是，由于二维材料的无悬空键表面，可以在不考虑晶格匹配的情况下轻松构建范德华异质结(vdWs)。在这方面，硫化镉(CdS)作为吸引人的光电子学光敏材料而备受关注。CdS具有独特的特性，包括室温下2.4eV的直接带隙、较强的光与物质相互作用、以及出色的热和化学稳定性。此外，CdS还表现出出色的载流子传输能力，使光生载流子能够快速有效地移动。因此，结合各组分的优点构建由二维MoTe₂和CdS纳米结构组成的混合结构是高性能光电探测器的潜在解决方案。

发明内容

为了解决以上半金属基的光电探测器面临的问题，本发明的首要目的在于提供一种基于混维Sn-CdS/MoTe₂异质结的光电探测器。采用Sn掺杂CdS纳米线与二维MoTe₂构建的混维异质结，以解决单一材料存在的偏压下较大的暗电流(10^-7～10^-6A)、光吸收较差和光电导增益较小等问题，实现了高响应度(400～600mA/W)，高探测率(10¹²～10¹³Jones)、宽谱快速(8～15ms)的光响应。

本发明的另一目的在于提供上述基于混维Sn-CdS/MoTe₂异质结的光电探测器的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述基于混维Sn-CdS/MoTe₂异质结的光电探测器的应用。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：