[发明专利]基于二维材料的异质结器件及包含其的光电探测器和方法

说明书

本申请提供了一种基于二维材料的异质结器件和包含其的光电探测器及方法，属于光学技术领域。该基于二维材料的异质结器件，包括纳米结构层和二维材料层；其中，所述纳米结构层包括多个阵列排布的纳米结构，所述纳米结构为金属；所述二维材料层包括至少一层各向异性二维材料；所述纳米结构设置于所述至少一层各向异性二维材料的一侧，使所述纳米结构层与所述二维材料层形成异质结。通过本申请实施例提供的基于二维材料的异质结器件，通过各向异性二维材料和金属纳米结构形成异质结提高了该异质结的响应度和偏振敏感度，缩短了该异质结器件的响应时间，从而提高了包含该异质结器件的光电探测器的性能。

技术领域

本申请涉及光学技术领域，具体而言，涉及一种基于二维材料的异质结器件及包含其的光电探测器和方法。

背景技术

二维(2D，Two Dimensional)材料是指由单层原子、少数层原子或分子层组成的材料，层内由较强的共价键或离子键连接，层间由范德华力连接。二维材料在一个维度的尺寸远小于光波长，使其具有卓越的光电特性，例如暗电流及噪声低等。

由于二维材料具有卓越的光电特性，相关技术中采用二维材料代替三维的薄膜半导体以提高光电光电探测器的性能。

在实现本申请的过程中，发明人发现相关技术中至少存在如下问题：

虽然与三维薄膜半导体相比二维材料的光电性能卓越，但是二维材料的厚度仅为原子层厚度，这导致二维材料的透光率很高，造成二维材料的光吸收率不如薄膜半导体。

发明内容

有鉴于此，为解决现有技术中二维材料光吸收率不足的技术问题，本申请实施例提供了一种基于二维材料的异质结器件及包含其的光电探测器和方法。

第一方面，本申请实施例提供了一种基于二维材料的异质结器件，包括纳米结构层和二维材料层；

其中，所述纳米结构层包括多个阵列排布的纳米结构，所述纳米结构为金属；

所述二维材料层包括至少一层各向异性二维材料；

所述纳米结构设置于所述至少一层各向异性二维材料的一侧，使所述纳米结构层与所述二维材料层形成异质结。

可选地，所述纳米结构层的填充率小于1；

其中，所述填充率为所述纳米结构层和所述二维材料层的重叠面积与所述二维材料层面积的比值。

可选地，所述纳米结构为贵金属材料。

可选地，所述纳米结构层中纳米结构的形状包括中心对称图形或轴对称图形。

可选地，所述纳米结构的形状包括矩形、圆形、环形或十字形中的一种或多种。

可选地，所述纳米结构的周期大于或等于100nm，且小于或等于500nm。

可选地，所述纳米结构的高度大于或等于5nm，且小于或等于30nm。

可选地，所述二维材料层的材料包括黑磷、硫化锡、二砷化锗、二硒化钯、硒化锗或硫化铼中的一种或多种。

可选地，所述二维材料层包括多种各向异性二维材料堆叠形成的异质结。

第二方面，本申请实施例还提供了一种光电探测器，包括衬底、电极和如上述任一实施例提供的基于二维材料的异质结器件；

其中，所述异质结器件和所述电极设置在所述衬底表面；

所述电极和所述异质结器件的二维材料层的两端电连接，并且，所述电极与所述异质结器件的纳米结构层不接触。

可选地，所述纳米结构层的填充率小于1。

可选地，所述纳米结构层中纳米结构的材料为金。