[发明专利]一种光电晶体管、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种光电晶体管、制备方法及其应用，所述光电晶体管自下而上包括：底栅，介电层，沟道导电层，源电极和漏电极，所述源电极和漏电极位于沟道导电层两侧。传统的制备流程生长的三元合金薄膜通常呈现固定的组分，往往需要薄膜转移工艺(干法转移、湿法转移等)来进一步构建异质/同质结。本发明制作的MoS_2(1‑x)Se_2x光电晶体管采用化学溶液沉积法(CSD)一步沉积在硅衬底上，形成有边缘向中心具有厚度渐变和Se组分渐变特点的薄膜，从而得到平面内同质结和强内建电场。相比传统方法，极大简化了制备流程，降低了器件制备的复杂度，并提高了器件性能。

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，具体涉及一种光电晶体管、制备方法及其应用。

技术背景

光电晶体管是一种将光信号转化为电信号的光电探测器件，被广泛应用在电子、光通信、医疗、军事探测等涉及国民经济和国家军事的重要领域。光电晶体管的基本原理是利用沟道材料吸收光子后电导率的变化产生沟道电流，并通过施加栅压和偏压，进一步对沟道电流进行调控，从而实现对入射光线的探测。

过渡金属硫族化合物(TMDs)是二维材料中的重要一种。二维(2D)材料是由单层或少数层原子或者分子层组成，层内由较强的共价键或离子键连接，而层间则由作用力较弱的范德瓦耳斯力结合。以MoS2为代表的2D TMD材料由于具有特殊的能带结构、半导体或超导性质以及优秀的机械性能等，在纳米电子器件和光电子学等诸多领域具有广阔的应用前景，引起了广大研究者们的兴趣，成为了近年来低维功能材料领域研究的热点。最近，在三元TMD材料(如Mo_1-xW_xS₂,WS_2xSe_2(1-x)和MoS_2(1-x)Se_2x)研究中通过控制合金化掺杂比例优化带隙，证明了一种调制带隙的方法，并提供了更大的设计灵活性。

然而，当前TMDs材料光电晶体管存在以下问题：(1)由于缺乏较强的内建电场，自供能工作条件下光电流低，响应率低；(2)为改善性能形成的异质结容易受到界面效应、肖特基势垒等因素影响，降低量子效率。(3)大多数生长的三元合金显示固定的元素组成，这需要进一步的处理(例如，湿转移或干转移)来制备异质/同质结器件。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种具有平面内同质结的带隙渐变的三元钼硫硒(MoS_2(1-x)Se_2x)光电晶体管及其制备方法，从而形成面内同质结，以在提供一个强大的内建电场和最佳的空间带隙分级，从而有效地提高光电晶体管的响应度和量子效率。同时，降低异质/同质结器件制备复杂度，简化制备工艺。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种光电晶体管，自下而上包括：底栅，介电层，沟道导电层，源电极和漏电极，所述源电极和漏电极位于沟道导电层两侧。

进一步地，所述的底栅为重掺杂的P型Si或N型Si基片，同时作为Si衬底层和光电晶体管的背栅电极。

进一步地，所述的介电层为SiO₂薄膜，厚度为200-300nm。

进一步地，所述的沟道导电层为具有厚度梯度和组分梯度的MoS_2(1-x)Se_2x薄膜，呈现三角锥形状的多层结构。

进一步地，所述的源极和漏极采用同样的材料和结构，均为Ti/Au电极，其中Ti厚度10nm，Au厚度50nm。

本发明还提供一种光电晶体管的制备方法，包括以下步骤：

(1)二氧化硅/硅基片预处理

提供带有SiO₂薄膜的P型或N型重掺杂硅片，清洗并干燥后进行表面改性处理，得到包含衬底层和介电层的基片；