[发明专利]铋碲硫半导体、制备方法及光电器件

说明书

本发明公开了一种铋碲硫半导体、制备方法及光电器件。铋碲硫半导体为晶体，铋碲硫半导体的化学结构式为Bi_xTe_yS_z，其中，1≤x≤2，0＜y≤3，0＜z≤3。上述的铋碲硫半导体中，Bi₂Te₃半导体具有正交晶系结构，通过将S掺杂到Bi₂Te₃中，生长出Bi_xTe_yS_z半导体。相比Bi₂Te₃半导体，Bi_xTe_yS_z半导体的能带结构得到优化和丰富，因此，以其构建的光电器件暗电流较低，探测范围更广，有助于实现光电器件的高性能。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种铋碲硫半导体、制备方法及光电器件。

背景技术

拓扑绝缘体碲化铋以其独特的光学和电学的性质引起大量的研究人员的关注。碲化铋具有一个约为0.3eV的窄带隙，由于其能带结构中存在金属表面态，使得它具有超高的载流子迁移率、极低的热损耗率等丰富的物理性质。这些特性有利于他成为一种极具发展前景的新材料。目前已经有研究人员对碲化铋在光电领域有了初步的研究，认为其在高性能的红外和太赫兹探测器方面具有不错的表现。

对于光电器件来说，优异的开光比是检测其性能的一个关键指标。但是拓扑绝缘体的金属表面态会导致暗电流太高，降低开关比，从而影响器件的性能。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种铋碲硫半导体、制备方法及光电器件，以解决碲化铋的暗电流过高的技术问题。

为实现上述目的，本发明第一方面提供一种铋碲硫半导体，铋碲硫半导体为晶体，铋碲硫半导体的化学结构式为Bi_xTe_yS_z，其中，1≤x≤2，0＜y≤3，0＜z≤3。

可选地，在Bi_xTe_yS_z中，x＝2，0＜y≤3，0＜z≤3。

可选地，在Bi_xTe_yS_z中，x＝2；y＝0.6；z＝2.4。

本发明第二方面提供一种铋碲硫半导体的制备方法，包括以下步骤：

提供铋粉、碲粉和硫粉。

采用化学气相输运或水热-溶剂热合成直接生长铋碲硫半导体。或采用化学气相沉积、物理气相沉积、金属有机源化学气相沉积直接在绝缘衬底上生长铋碲硫半导体。

可选地，采用化学气相输运直接生长铋碲硫半导体的步骤包括：

铋粉、碲粉、硫粉和输送介质混合密闭在石英管中，石英管内为真空氛围。

石英管放置于双温区管式炉中，将第一温区设定为540～580℃，第二温区的温度设定为480～520℃，保持1～7天。然后以0.6～1.0℃/min的速率冷却至200～300℃，再自然冷却。其中，第一温区和第二温区的温差为50～100℃。

石英管的温度达到室温时取出样品，得到铋碲硫半导体。

可选地，石英管放入双温区管式炉中，以10℃/min的升温速率，将第一温区升温至560℃，第二温区升温至500℃，保持4天。然后，以0.8℃/min的速率降温300℃，再自然冷却。

可选地，采用化学气相沉积直接在绝缘衬底上生长铋碲硫半导体的步骤包括：

铋粉、碲粉和硫粉置于管式炉的气流方向的上端。

绝缘衬底置于管式炉的气流方向的下端。