[发明专利]一种基于二维碲化钼的同质异相光电探测器的制备及应用

说明书

本发明公开了一种基于二维碲化钼的同质异相光电探测器的制备方法及其应用手段，属于半导体器件领域。本发明所述的制备碲化钼同质异相光电探测器的方法包括如下步骤：先通过机械剥离与转移技术将MoTe₂转移至硅基衬底上；之后通过光刻将MoTe₂的两端暴露在环境中；接着使用氧气等离子体处理被光刻胶覆盖的MoTe₂衬底，其中MoTe₂两端发生相变而沟道处未发生相变；最后在两端蒸镀电极，得到所述的碲化钼同质异相光电探测器。本发明所述的碲化钼同质异相光电探测器的应用包括如下领域：载流子迁移率、开关比、不同波长可见光及940nm近红外光下的光电流及光响应。本发明的制备方法简单，且制备的光电探测器具有高迁移率、高开关比、高光电流及高响应度的性能。

技术领域

本发明涉及一种基于二维碲化钼的同质异相光电探测器的制备及应用，属于半导体器件领域。

背景技术

随着移动互联网的快速发展和大数据时代的到来，人们对高速、低功耗以及超大规模阵列集成光电子器件的需求越来越迫切。石墨烯及其他相关二维层状材料由于超薄的原子级厚度、表面平滑无悬挂键且层间通过范德华力相互作用等优异的特性被认为是构筑新型高性能光电子器件的理想材料。其中石墨烯在室温量子霍尔效应以及超高载流子迁移率上有着很大的优势，但由于其为零带隙结构，制约了它在更多方面(如逻辑电路)的发展。在石墨烯之外，过渡金属硫属化合物(TMDs)因为具有不同的带隙宽度，使得其在光电探测领域有着很好的前景，因此受到了越来越多科学家的青睐。

在TMDs中，二碲化钼(MoTe₂)能够表现很多令人惊喜的特性。单层的MoTe₂是直接带隙半导体，禁带宽度为1.1eV，和硅相近的禁带宽度赋予了MoTe₂在光电领域特别是近红外范围内发展的巨大优势。2016年Tobias J.Octon等人制作了基于4层MoTe₂的光电探测器，发现该探测器在V_ds＝5V时，对685nm入射光的响应度高达6A/W，响应时间约为160μs，性能远高于其他光探测器。对于基于MoTe₂异质结光电探测器的研究也有了较多进展。2019年中国科学院成功制备了基于MoTe₂/ReS₂垂直异质结的光电探测器，其在520nm入射光下响应度达到了0.34A/W，响应时间为109μs。这些研究为制造卓越的光电器件铺平了道路。

然而常态下的MoTe₂表现为半导体特性，制作器件时由于和金属电极材料之间的功函数相差较大，势垒较高，导致接触电阻很大，极大地降低了器件的迁移率等电学特性。如果能将电极处的MoTe₂由半导体性转化为金属性，那么不同相位的同种MoTe₂即可组成一个同质结，使得电极处的接触电阻就能够极大地降低。MoTe₂拥有不同的相位结构，如2H相、1T相、1T’相，其中2H相呈现半导体性，而1T和1T’相则呈现半金属特性。另外，与其他TMDs不同的是，MoTe₂的相变条件较为简单，相变产物在常态下较为稳定。这使得MoTe₂的相变工程成为了令人瞩目的研究热点之一。

迄今为止，较为常见的相变方法一共有八种，它们分别是：CVD法、掺杂法、分子插层法、应变法、热处理法、激光灼烧法、等离子体处理法和电场引导法。在这八种相变方法中，CVD法和分子插层法是目前最流行的相变方法。而激光灼烧法和等离子体处理法是近年来较为新颖的相变方法，因此这两种相变方法也逐渐地受到了研究者们的青睐。