一种二维Te/ReSe2变角度异质结光电探测器及其制备方法和应用

本发明属于半导体器件，尤其涉及一种二维te/rese2变角度异质结光电探测器及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着现代光学技术的快速发展，对光的精确测量需求日益增长，尤其是在通信、成像和传感等领域。偏振光作为一种携带偏振方向信息的光波，其测量对于理解和控制光的传播特性至关重要。传统的光电探测器仅能测量光的强度，而无法直接获取偏振信息，这限制了它们在高精度光学测量中的应用。

2、在现有的技术中，偏振光的测量通常需要复杂的光学系统，如波片、偏振分光器等，这些设备不仅成本高昂，而且体积庞大，不利于集成，便携性差。此外，这些系统往往只能测量光的偏振状态，而无法同时获取光的强度信息，这在需要同时分析光的偏振和强度的场景中显得力不从心。

3、为了克服这些限制，研究者们一直在探索能够同时检测偏振光角度和强度的新型光电探测器。这种探测器能够提供更全面的光信息，对于提高光学系统的性能和扩展其应用范围具有重要意义。然而，现有的解决方案在灵敏度、响应速度、成本和集成度等方面仍存在挑战。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明提出了一种二维te/rese2变角度异质结光电探测器及其制备方法和应用。该光电探测器能够同时测量偏振光的角度和强度，具有高灵敏度、快速响应和低成本的特点。并且基于其偏振光敏感性也可应用于加密解密通讯和偏振成像。通过利用二维材料的独特性质，本发明有望实现对偏振光的高效检测，推动光电探测器技术的发展。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明的目的之一在于提供一种二维te/rese2变角度异质结光电探测器，由下至上依次为si/sio2衬底、te层和rese2层，其中，所述rese2层与所述te层同时形成不同角度的范德华异质结。

4、二维层状材料具有独特的电学和光学性能，这些材料的层内通过较强的化学键结合，层间通过比较弱的范德瓦尔斯力耦合，可以比较容易地逐层剥离或增加。并且二维材料中存在许多具有各向异性的材料，具有偏振敏感特性，本发明采用具有偏振光响应的二维层状材料rese2和二维层状材料te，巧妙的将上层rese2材料与下层te材料形成不同角度的范德华异质结。

5、进一步地，所述te层上的电极接漏电极；和/或

6、所述rese2层上的电极接源电极；和/或

7、所述角度为0-90°；和/或

8、所述rese2层的层数为3个以上；和/或

9、所述te层的厚度为40-100nm，宽度为10-30μm，长度为60-200μm；和/或

10、所述rese2层的厚度为40-100nm，宽度为10-40μm，长度为40-120μm。

11、本发明的目的之二在于提供一种二维te/rese2变角度异质结光电探测器的制备方法，包括以下步骤：

12、采用化学气相沉积法（cvd），在云母衬底上生长te材料，然后通过聚甲基丙烯酸甲酯（pmma）湿法转移法将te材料转移到si/sio2衬底上；

13、采用机械剥离法将rese2材料黏附到另外一个si/sio2衬底上，然后采用聚乙烯醇（pva）干法转移法将黏附在si/sio2衬底上的rese2材料按照不同角度和顺序转移到含有te材料的si/sio2衬底上，制备得到具有不同接触角度的te/rese2异质结结构；

14、通过无掩膜光刻和显影，在含有te/rese2异质结结构的si/sio2衬底上制备所需的电极图案，然后在所得电极图案掩膜上蒸镀金属，形成电极；用丙酮去除掉光刻胶，真空高温退火，获得具有不同接触角度的te/rese2器件，即二维te/rese2变角度异质结光电探测器。

15、进一步地，采用化学气相沉积法在韵母衬底上生长te材料的过程中，以in2te3粉末为原料，以云母为载体，载气为ar/n2混合气，设备为高温管式炉，具体工艺参数为：第一阶段从常温经过35min升温到720-750℃，载气流速为90-100sccm；第二阶段：在720-750℃下保温15min，气载气流速为90-100sccm；第三阶段：自然冷却降至室温，在降到100℃前气流调为30-40sccm，降到100℃以下关闭载气。

16、进一步地，所述聚乙烯醇干法转移法的具体操作步骤包括：将聚乙烯醇溶液滴在聚二甲基硅氧烷（pmds）薄膜上，55-70℃烘干5-10min，在所述聚二甲基硅氧烷薄膜上形成一层固化的聚乙烯醇薄膜；通过转移平台用所述聚乙烯醇薄膜将所述rese2材料转移到te材料上，形成异质结。

17、进一步地，所述电极图案的具体制备步骤包括：采用匀胶机进行光刻胶的旋涂，然后在100-105℃热台加热3-6min，曝光；具体工艺参数为：光刻机的扫描速度为0.06-0.5mm/s，功率为6-19mw，显影液浓度为3-6%四甲基氢氧化铵水溶液，显影时间为18-25s。

18、进一步地，所述蒸镀金属是指蒸镀ti/au，形成电极。

19、进一步地，所述高温退火的条件为：温度100-200℃，气氛ar/n2混合气，时间30-120min。

20、本发明的目的之三在于提供一种二维te/rese2变角度异质结光电探测器在偏振敏感光电探测器中的应用。

21、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

22、（1）本发明通过cvd的方法制备得到了高质量且厚度可控的te材料，制备过程简单可控，有利于量产与推广。

23、（2）本发明公开异质结器件在导电衬底上从下到上依次设置te层(下层)和rese2层(上层)，其中，具有偏振敏感性的顶层材料rese2用于吸收光生载流子并与具有各向异性的底层te材料构建成多角度异质结器件。基于器件不同的偏振敏感特性可实现入射光的偏振光方向和强度的同时检测、加密解密以及偏振成像的功能。并且该器件具有不错的整流行为和宽光谱响应，光谱响应范围为405-1000nm。同时制备简便、技术成熟、设备易得、成本低，适合商业推广。

24、（3）与传统构建异质结器件手段相比，该结构将多个rese2层按照不同角度与te层形成不同接触角度的器件，使其各向异性晶体取向对齐或者偏离，将各向异性光子吸收和光载流子提取并整合在一起，从而实现固定角度偏振光的不同响应。

25、（4）te/rese2异质结构具有反向能带弯曲的ii型能带排布，促进光载流子的快速有效分离，形成快速响应时间。结合多个器件的响应特征，可实现精确的偏振光方角度和强度的同步检测，也可以实现加密通信和偏振成像。本发明不仅介绍了一种可靠和有前途的方法来开发简化和小型化的偏振敏感光电探测器，而且为下一代超紧凑光电系统中的潜在应用提供了一种新的思路。

技术特征：

1.一种二维te/rese2变角度异质结光电探测器，其特征在于，由下至上依次为si/sio2衬底、te层和rese2层，其中，所述rese2层与所述te层形成不同角度的范德华异质结；

2.根据权利要求1所述的二维te/rese2变角度异质结光电探测器，其特征在于，

3.一种如权利要求1-2任一项所述的二维te/rese2变角度异质结光电探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的二维te/rese2变角度异质结光电探测器的制备方法，其特征在于，所述化学气相沉积法过程中，以in2te3粉末为原料，以云母为载体，载气为ar/n2混合气，设备为高温管式炉，所述化学气相沉积过程的温度控制方式为：第一阶段从常温经过35min升到720-750℃，载气流速90-100sccm；第二阶段：在720-750℃下保温15min，气载气流速90-100sccm；第三阶段：自然冷却降至室温，在降到100℃前气流调为30-40sccm，降到100℃以下关闭载气。

5.根据权利要求3所述的二维te/rese2变角度异质结光电探测器的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯醇干法转移法的具体操作步骤包括：将聚乙烯醇溶液滴在聚二甲基硅氧烷薄膜上，55-70℃烘干5-10min，在所述聚二甲基硅氧烷薄膜上形成一层固化的聚乙烯醇薄膜；通过转移平台用所述聚乙烯醇薄膜将所述rese2材料转移到te材料上，形成异质结。

6.根据权利要求3所述的二维te/rese2变角度异质结光电探测器的制备方法，其特征在于，所述电极图案的具体制备步骤包括：采用匀胶机进行光刻胶的旋涂，然后在100-105℃热台加热3-6min，曝光；具体工艺参数为：光刻机的扫描速度为0.06-0.5mm/s，功率为6-19mw，显影液为浓度3-6%的四甲基氢氧化铵水溶液，显影时间为18-25s。

7.根据权利要求3所述的二维te/rese2变角度异质结光电探测器的制备方法，其特征在于，所述蒸镀金属是指蒸镀ti/au，形成电极。

8.根据权利要求3所述的二维te/rese2变角度异质结光电探测器的制备方法，其特征在于，所述高温退火的条件为：温度100-200℃，气氛ar/n2混合气，时间30-120min。

9.一种如权利要求1-2任一项所述的二维te/rese2变角度异质结光电探测器在偏振敏感光电探测器中的应用。

技术总结
本发明公开一种二维Te/ReSe<subgt;2</subgt;变角度异质结光电探测器及其制备方法和应用，属于半导体器件技术领域。所述二维Te/ReSe<subgt;2</subgt;变角度异质结光电探测器由下至上依次为Si/SiO<subgt;2</subgt;衬底、Te层和ReSe<subgt;2</subgt;层，其中，所述ReSe<subgt;2</subgt;层与所述Te层形成不同角度的范德华异质结。本发明通过CVD方法、PMMA湿法转移、PVA干法转移、光刻镀金、高温退火处理等方法，实现光电探测器功能的定制化，获得具有丰富偏振特性的多角度异质结器件。基于器件不同的偏振敏感特性可实现入射光的偏振光方向和强度的同时检测、加密解密以及偏振成像的功能。

技术研发人员：郑照强,蒲作城,全华文,招瑜
受保护的技术使用者：广东工业大学
技术研发日：
技术公布日：2025/3/6