一种二硫化钼/半导体异质结光电探测器及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光电探测器及其制造方法，尤其涉及一种二硫化钼/半导体异质结光电探测器及其制造方法，属于光电子技术领域。
【背景技术】
[0002]光电探测器是将光信号转变为实时的电信号的器件，是光电系统中的重要部分，其广泛应用于国防、商业和科学等领域，在国防科技和人民生活中都有重要的影响。目前广泛应用的光子探测器，除了发展比较早的、技术上比较成熟的、响应波长从紫光到近红外的光电倍增管以外，硅和锗材料制作的光电二极管以及m-v族化合物、锗掺杂等光辐射探测器也达到了相当成熟的阶段，主要性能已接近理论极限。
[0003]自从2004年发现石墨烯以来，现代光电子器件已经延伸到新兴的二维材料领域。目前基于石墨烯的光电探测器响应率高达到107a/ W，基于二硫化钼的光电探测器的光响应率也可以达到6X105 A/W，基于单层石墨烯/锗的自驱动的光电探测器的响应率和探测能力高达51.8 mA / W和1.38X101() cmHz1/2 / W。在各种类型的光电探测器，自驱动的光电探测器有很多特殊优势，如节能、设备小和适用于极端条件下使用等。单层二硫化钼是直接禁带为1.8eV的半导体，具有良好的光电性能，可以用化学气相沉积方法大面积合成;二硫化钼与半导体形成的异质结可以在不需要外加电源的情况下将吸收的光子转化为电能，这是自驱动二硫化钼/半导体异质结光电探测器的物理基础，同时，这种结构也可以在外加电压的情况下工作，获得更高的响应度。目前，二硫化钼/半导体异质结光电探测器的研究越来越受到重视，如何获得更高性能的光电探测器器件成为研究的核心。
[0004]在此基础上，本发明提出了一种量子点增强的二硫化钼/半导体异质结光电探测器，可以获得较原始器件响应度提升30%以上的高性能光电探测器。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种二硫化钼/半导体异质结光电探测器及其制备方法，该光电探测器通过增设量子点层可显著提高光电探测器的响应度，获得高性能的二硫化钼/半导体异质结光电探测器。
[0006]本发明的二硫化钼/半导体异质结光电探测器，自下而上依次有背电极层、半导体衬底层、二硫化钼层，在二硫化钼层上设有彼此分隔的两块表面电极，在两块表面电极之间的二硫化钼层上还具有量子点层。
[0007]上述技术方案中，所述的半导体衬底层为硅、锗、砷化镓、磷化铟、氮化镓、氧化锌、磷化锌、磷化镓、砷化铟、砸化镉或碲化镉，掺杂类型为P型掺杂或η型掺杂。
[0008]所述的量子点层为金量子点、银量子点、镍量子点、钛量子点、铜量子点、娃量子点、锗量子点、碲化镉量子点、砸化镉量子点、硫化铅量子点、砸化铅量子点、硫化锌量子点或砸化锌量子点。
[0009]所述的背电极层为金、钯、银、钛、铬、镍的一种或几种的复合电极。
[0010]所述的表面电极为金、钯、银、钛、铬、镍的一种或几种的复合电极。
[0011]制备上述的二硫化钼/半导体异质结光电探测器，包括以下步骤:
1)在洁净的半导体衬底一面采用电子束蒸发、蒸镀、旋涂等方法制作背面电极；
2)将二硫化钼薄膜转移至上述半导体衬底片的另一面上，其转移方法为:在生长于原始衬底上的二硫化钼表面通过旋涂或者喷涂高分子溶液制作支撑层或者直接将高分子薄膜直接热压在二硫化钼上得到支撑层，如PMMA，再将支撑层连同二硫化钼层一起从其原始衬底上剥离下来，转移至半导体衬底片上，使二硫化钼层与半导体衬底接触，去除支撑层；
3)在二硫化钼层上制作彼此分隔开的表面电极；
4)在表面电极之间的二硫化钼层上通过旋涂法、喷涂法、蒸镀或者化学镀制作量子点层。
[0012]本发明与现有技术相比具有的有益效果是:
量子点可辅助增强二硫化钼/半导体异质结的光吸收，并获得更高的光电流，得到响应度更高的光电探测器。
【附图说明】
[0013]图1为本发明的二硫化钼/半导体异质结光电探测器的结构示意图；
图2为本发明的二硫化钼/半导体异质结光电探测器响应度与无量子点层的二硫化钼/半导体异质结光电探测器对比结果。
【具体实施方式】
[0014]以下结合附图进一步说明本发明。
[0015]参照图1，本发明的二硫化钼/砷化镓光电探测器自下而上依次有背电极层1、半导体衬底层2、二硫化钼层3，在二硫化钼层上设有彼此分隔的两块表面电极4，在两块表面电极4之间的二硫化钼层上还具有量子点层5。
[0016]实施例1:
1)在P型砷化镓片一面利用电子束蒸发法沉积金电极；
2)将单层二硫化钼转移至上述砷化镓片的另一面上；
3)在二硫化钼上利用掩膜热蒸发工艺沉积彼此分隔开的银电极；
4)最后在银电极之间的二硫化钼上旋涂含有硅量子点的水溶液，得到硅量子点增强的二硫化钼/砷化镓异质结光电探测器。
[0017]得到的光电探测器光响应与无量子点层的器件对比结果如附图2所示。
[0018]实施例2:
1)在η型硅片一面利用电子束蒸发法沉积镍金复合电极；
2)将单层二硫化钼转移至硅片的另一面上；
3)在二硫化钼上利用掩膜电子束蒸发工艺沉积彼此分隔开的铂电极；
4)最后在铂电极之间的二硫化钼上旋涂含纳米金颗粒的水溶液，得到金量子点增强的二硫化钼/硅异质结光电探测器。
[0019]实施例3:
1)在η型锗片一面利用电子束蒸发法沉积铬金复合电极； 2)将单层二硫化钼转移至锗片的另一面上；
3)在二硫化钼上利用掩膜磁控溅射工艺沉积彼此分隔开的铂电极；
4)最后在铂电极之间的二硫化钼上利用热蒸发沉积5纳米厚的银并在600度退火10分钟，得到银量子点增强的二硫化钼/锗异质结光电探测器。
[0020]实施例4
1)在η型磷化铟片一面利用电子束蒸发法沉积铬金复合电极；
2)将单层二硫化钼转移至磷化铟片的另一面上；
3)在二硫化钼上利用掩膜磁控溅射工艺沉积彼此分隔开的钛电极；
4)最后在钛电极之间的二硫化钼上旋涂碲化镉量子点的甲苯溶液并烘干，得到碲化镉量子点增强的二硫化钼/磷化铟异质结光电探测器。
【主权项】
1.一种二硫化钼/半导体异质结光电探测器，其特征在于自下而上依次有背电极层(1)、半导体衬底层(2)、二硫化钼层(3)，在二硫化钼层上设有彼此分隔的两块表面电极(4)，在两块表面电极(4)之间的二硫化钼层上还具有量子点层(5)。2.根据权利要求1所述的二硫化钼/半导体异质结光电探测器，其特征在于，所述的半导体衬底层为硅、锗、砷化镓、磷化铟、氮化镓、氧化锌、磷化锌、磷化镓、砷化铟、砸化镉或碲化镉，掺杂类型为p型掺杂或η型掺杂。3.根据权利要求1所述的二硫化钼/半导体异质结光电探测器，其特征在于，所述的量子点层为金量子点、银量子点、镍量子点、钛量子点、铜量子点、娃量子点、锗量子点、碲化镉量子点、砸化镉量子点、硫化铅量子点、砸化铅量子点、硫化锌量子点或砸化锌量子点。4.根据权利要求1所述的二硫化钼/半导体异质结光电探测器，其特征在于，所述的背电极层为金、钯、银、钛、铬、镍的一种或几种的复合电极。5.根据权利要求1所述的二硫化钼/半导体异质结光电探测器，其特征在于，所述的表面电极为金、钯、银、钛、铬、镍的一种或几种的复合电极。6.制备如权利要求1所述的二硫化钼/半导体异质结光电探测器，其特征在于包括以下步骤: 1)在洁净的半导体衬底一面制作背面电极； 2)将二硫化钼薄膜转移至上述半导体衬底片的另一面上，其转移方法为:在生长于原始衬底上的二硫化钼表面制作支撑层，再将支撑层连同二硫化钼层一起从其原始衬底上剥离下来，转移至半导体衬底片上，使二硫化钼层与半导体衬底接触，去除支撑层； 3)在二硫化钼层上制作彼此分隔开的表面电极； 4)在表面电极之间的二硫化钼层上通过旋涂法、喷涂法、蒸镀或者化学镀制作量子点层。
【专利摘要】本发明公开了一种二硫化钼/半导体异质结光电探测器该二硫化钼/半导体异质结光电探测器自下而上依次有背电极层、半导体衬底层、二硫化钼层,在二硫化钼层上设有彼此分隔的两块表面电极，在两块表面电极之间的二硫化钼层上还具有量子点层。其制造步骤包括：先在半导体衬底背面制作背面电极层，然后将二硫化钼转移至半导体衬底层上，之后在二硫化钼层上制作表面电极，并在二硫化钼层上制作量子点层。本发明的二硫化钼/半导体异质结光电探测器通过增设量子点层辅助增强器件的光吸收，获得的光电探测器光响应灵敏，探测能力高，能够自驱动，应用领域广泛。
【IPC分类】H01L31/0296, H01L31/0224, H01L31/18
【公开号】CN105470320
【申请号】CN201510886867
【发明人】徐志娟, 林时胜, 李晓强
【申请人】浙江大学
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年12月7日