[发明专利]碲化锡薄膜/锗异质结宽谱光电探测器及其制备方法

说明书

基于碲化锡薄膜/锗异质结宽谱光电探测器及其制备方法，涉及可见至近红外波段的宽光谱光电探测领域，尤其涉及一种基于新型二维半导体材料的高探测率、高响应率的光电探测器及其制备方法。本发明方法采用二维半导体材料碲化锡薄膜为构建异质结的p‑型材料，基底采用锗衬底。采用“一步式”直流溅射法在清洗、预掩膜后的锗基底上，直接溅射碲化锡薄膜以制备碲化锡薄膜/锗异质结。去除掩膜后，热蒸镀金属Al电极以制备光伏探测器原型器件。与现有制备技术相比，本发明制备方法简单高效、低成本，低功耗，实现了可见至近红外波段（400‑1050 nm）的室温工作的碲化锡薄膜/锗异质结宽谱光电探测器的制备。制备工艺高效、简单，室温下器件响应率、探测率高。

技术领域

本发明涉及光电探测技术领域，尤其涉及一种基于新型二维半导体材料碲化锡/锗异质结的可见光-近红外的宽谱光电探测器及其制备方法。

背景技术

基于异质结的光电探测器由于具有内建电场，使光生载流子的分离和传输效率提升,从而会使光电探测性能提升,因此在光电探测领域的研究中具有重要意义。新型二维材料凭借其各自的优点近年来开始在光电探测领域备受关注。碲化锡做为一种新型二维材料,也是第一个被理论预测并被实验验证的拓扑晶体绝缘体。由于其具有无带隙的拓扑表面态和窄带隙体态以及室温下高的迁移率等优异性能，从而使碲化锡在制备宽谱、高性能和低功耗的新型光电探测器有重要潜力。

然而,有关碲化锡(SnTe)材料的研究近些年主要集中在其热电性能和新颖的物理特性方面的研究上，而在光电探测领域方面的研究仍然很少。目前，已有少量SnTe基光导型探测器制备成功，证明了该材料在可见光到红外波段可以取得稳定的光电响应。但是，仍然存在一些问题，比如SnTe/Bi₂Te₃/SrTiO₃光导型探测器采用分子束外延法(MBE)制备，其制备方法昂贵、复杂，对衬底要求高，需要制备Bi₂Te₃缓冲层以减少钛酸锶(SrTiO₃)衬底与SnTe薄膜之间的晶格失配。SnTe纳米片/云母光导型探测器采用化学气相沉积法(CVD)制备，但制备得的SnTe纳米片面积小，不便于光电探测器的制备。SnTe量子点/Si光导型探测器采用旋涂法制备，其器件性能仍然有待提高。因此构造SnTe基光伏型器件结构，被认为是有效提高SnTe基器件的性能的一种途径。然而目前，只有硅和Bi₂Se₃被选择做为n型异质材料用于SnTe基光伏探测器的制备尝试。采用CVD方法制备的SnTe/Si异质结虽然对近红外光的强响应，在808nm(100mW/cm^-2)激光光照下显示出很好的器件性能，其响应率(R)为128mA/W，探测率(D*)为8.4×10¹²cmHz^1/2W^-1；但并未给出更长波段(1064nm或1550nm)下的探测率和响应率数值。而采用PVD方法制备的SnTe/Bi₂Se₃异质结，其在1550nm光照下响应率为145.74mA/W，探测率为1.15×1010cmHz^1/2W^-1，其器件性能还有很大的上升空间。因此，迫切需要探索一种高效、低成本的异质结制备方法，并选择合适的替代性异质材料以提高SnTe基探测器性的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效、低成本的室温工作的碲化锡薄膜/锗异质结宽谱光电探测器及其制备方法。通过采用“一步”磁控溅射方法制备碲化锡薄膜/锗垂直异质结，以期提高碲化锡基光电探测器的响应率和探测率等性能，并有效降低其制备成本、简化制备工艺。

碲化锡薄膜/锗异质结光电探测器，其特征在于所述探测器锗为衬底，功能层为碲化锡薄膜，以碲化锡为靶材，采用射频磁控溅射法溅射于衬底上。

碲化锡薄膜/锗异质结光电探测器，该探测器从下至上分别为锗衬底、碲化锡薄膜层和铝电极层；