光电探测器与其制作方法技术

本申请提供了一种光电探测器与其制作方法。该光电探测器包括：衬底；第一半导体层，设置在衬底的部分表面上，第一半导体层与衬底之间具有微腔，和/或相邻的第一半导体层之间具有微腔；多个介电层，一个介电层设置在第一顶半导体层的远离衬底的表面上以及第一半导体层两侧的衬底的表面上，其他的介电层设置在微腔中且位于衬底的表面上，和/或其他的介电层设置在微腔中且位于第一半导体层的表面上；多个第二半导体层，一一对应地设置在介电层的远离第一半导体层或远离衬底的表面上，第二半导体层为二维半导体材料层；第一电极，设置在衬底的表面上；两个第二电极，设置在第二顶半导体层的远离介电层的表面上。该光电探测器的响应度较大。

【技术实现步骤摘要】
光电探测器与其制作方法
本申请涉及光电探测领域，具体而言，涉及一种光电探测器与其制作方法。
技术介绍
金属-二维半导体材料-金属型光电探测器是二维半导体材料的光电探测器中研究最早的一种类型。二维半导体材料连接源端和漏端，起到沟道作用。该类探测器借鉴了传统的FET结构，优势是具有宽光谱响应，响应电流可通过调节门电压进行调控。上述的金属-二维半导体材料-金属型光电探测器的工作原理：当有入射光照射到二维半导体材料的表面时，二维半导体材料中的光生载流子产生后，被金属与二维半导体材料之间的内建电场分离形成光电流。上述的器件主要存在的技术问题是：1、单层二维半导体材料对光的吸收率较低(2.3％)，从而严重限制了其响应度。2、为提高二维半导体材料光探测器的响应度，研究人员将二维半导体材料与量子点结合。然而，由于其探测原理的限制，响应度的增强只发生在与量子点产生谐振的波段，即探测光谱范围极为有限。
技术实现思路
本申请的主要目的在于提供一种光电探测器与其制作方法，以提升现有技术中的由二维半导体材料类型的光电探测器的响应度。为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种光电探测器，该光电探测器包括：衬底；至少一个第一半导体层，设置在上述衬底的部分表面上，未设置有上述第一半导体层的上述衬底的表面位于在上述第一半导体层的两侧，上述第一半导体层与上述衬底之间具有微腔，和/或相邻的上述第一半导体层之间具有微腔，与上述衬底距离最大的上述第一半导体层为第一顶半导体层；多个介电层，其中，一个上述介电层设置在上述第一顶半导体层的远离上述衬底的表面上以及上述第一半导体层两侧的上述衬底的表面上，其他的上述介电层设置在上述微腔中且位于上述衬底的表面上，和/或其他的上述介电层设置在上述微腔中且位于上述第一半导体层的表面上；多个第二半导体层，一一对应地设置在上述介电层的远离上述第一半导体层或远离上述衬底的表面上，多个上述第二半导体层中，与上述衬底距离最大的上述第二半导体层为第二顶半导体层，上述第二半导体层为二维半导体材料层；第一电极，设置在上述衬底的远离上述第一半导体层的表面上；两个第二电极，均设置在上述第二顶半导体层的远离上述介电层的表面上且相互间隔设置。进一步地，上述光电探测器包括多个上述第一半导体层。进一步地，上述光电探测器还包括：支撑结构，设置在上述衬底的远离上述第一电极的表面上，上述支撑结构用于支撑上述第一半导体层，且上述支撑结构与相邻的两个上述第一半导体层围成上述微腔，或者，上述支撑结构、上述衬底以及和上述衬底距离最小的上述第一半导体层围成上述微腔。进一步地，上述光电探测器包括交替设置的多个上述支撑结构与多个上述第一半导体层，且各上述支撑结构包括在第一方向间隔设置的两个支撑部，两个上述支撑部用于分别支撑上述第一半导体层的两端，上述第一方向垂直于上述衬底的厚度方向。进一步地，上述支撑结构与上述第一半导体层中，与上述衬底接触设置的为上述支撑结构，且上述支撑结构一一对应支撑上述第一半导体层。进一步地，两个上述第二电极分别设置在上述第一半导体层两侧的上述第二顶半导体层的表面上。进一步地，上述第二半导体层的材料选自MoS2、石墨烯、硅烯或锗烯。进一步地，上述支撑结构的材料与上述第一半导体层的材料的刻蚀选择比大于100。进一步地，上述支撑结构的材料选自锗与锗硅中的至少一种。进一步地，上述第一半导体层的材料为硅，优选上述衬底的材料为硅。根据本申请的另一方面，提供了一种光电探测器的制作方法，该制作方法包括：提供衬底；在上述衬底的部分表面上设置至少一个第一半导体层，使得上述第一半导体层与上述衬底之间具有微腔，和/或相邻的上述第一半导体层之间具有微腔，与上述衬底距离最大的上述第一半导体层为第一顶半导体层，且未设置有上述第一半导体层的上述衬底的表面位于在上述第一半导体层的两侧；设置多个介电层，其中一个上述介电层设置在上述第一顶半导体层的远离上述衬底的表面上以及上述第一半导体层两侧的上述衬底的表面上，其他的上述介电层设置在上述微腔中且位于上述衬底的表面上，和/或其他的上述介电层设置在上述微腔中且位于上述第一半导体层的表面上；在上述介电层的远离上述第一半导体层或远离上述衬底的表面上一一对应地设置第二半导体层，多个上述第二半导体层中，与上述衬底距离最大的上述第二半导体层为第二顶半导体层，上述第二半导体层为二维半导体材料层；在上述衬底的远离上述第一半导体层的表面上设置第一电极；在上述第二顶半导体层的远离上述介电层的表面上设置两个相互隔离的第二电极。进一步地，在上述衬底上设置多个间隔的上述第一半导体层，使得上述第一半导体层与上述衬底以及相邻的上述第一半导体层之间均具有上述微腔，或者上述第一半导体层与相邻的上述第一半导体层之间具有上述微腔。进一步地，在上述衬底上设置上述第一半导体层，并形成上述微腔的过程包括：在上述衬底的表面上交替设置多个支撑层与多个上述第一半导体层；去除各上述支撑层的中间区域，各上述支撑层中剩余的部分形成支撑结构，上述支撑结构用于支撑上述第一半导体层，上述支撑结构包括两个支撑部，分别位于上述中间区域的两侧，且上述支撑结构与相邻的两个上述第一半导体层围成上述微腔，或者，上述支撑结构、上述衬底以及和上述衬底距离最小的上述第一半导体层围成上述微腔。进一步地，在上述衬底的表面上交替设置多个上述支撑层与多个上述第一半导体层的过程中，首先设置的是上述支撑层，最后设置的是上述第一顶半导体层。进一步地，设置上述第二电极的过程包括：在上述第一半导体层两侧的上述第二顶半导体层的上分别设置一个上述第二电极。应用本申请的技术方案，该光电探测器为场效应管型光电探测器，第一半导体层相当于栅，第二半导体层相当于沟道层，该结构中通过形成微腔，大大增加了第二半导体层的层数，进而增加了其面积，从而提高了二维半导体材料层对光的吸收率，进而大大提高了该光电探测器的响应度。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1示出了根据本申请的一种光电探测器的结构示意图；以及图2至图7示出了图1的光电探测器在的制作过程的结构示意图。其中，上述附图包括以下附图标记：1、第一电极；2、衬底；3、第一半导体层；31、第一顶半导体层；4、介电层；5、第二半导体层；51、第二顶半导体层；6、支撑结构；7、第二电极；8、微腔；60、支撑层；61、支撑部。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。应该理解的是，当元件(诸如层、膜、区域、或衬底)描述为在另一元件“上”时，该元件可直接在该另一元件上，或者也可存在中间元件。而且，在说明书以及下面的权利要求书中，当描述有元件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光电探测器，其特征在于，所述光电探测器包括：衬底(2)；至少一个第一半导体层(3)，设置在所述衬底(2)的部分表面上，未设置有所述第一半导体层(3)的所述衬底(2)的表面位于在所述第一半导体层(3)的两侧，所述第一半导体层(3)与所述衬底(2)之间具有微腔(8)，和/或相邻的所述第一半导体层(3)之间具有微腔(8)，与所述衬底(2)距离最大的所述第一半导体层(3)为第一顶半导体层(31)；多个介电层(4)，其中，一个所述介电层(4)设置在所述第一顶半导体层(31)的远离所述衬底(2)的表面上以及所述第一半导体层(3)两侧的所述衬底(2)的表面上，其他的所述介电层(4)设置在所述微腔(8)中且位于所述衬底(2)的表面上，和/或其他的所述介电层(4)设置在所述微腔(8)中且位于所述第一半导体层(3)的表面上；多个第二半导体层(5)，一一对应地设置在所述介电层(4)的远离所述第一半导体层(3)或远离所述衬底(2)的表面上，多个所述第二半导体层(5)中，与所述衬底(2)距离最大的所述第二半导体层(5)为第二顶半导体层(51)，所述第二半导体层(5)为二维半导体材料层；第一电极(1)，设置在所述衬底(2)的远离所述第一半导体层(3)的表面上；以及两个第二电极(7)，均设置在所述第二顶半导体层(51)的远离所述介电层(4)的表面上且相互间隔设置。...

【技术特征摘要】
1.一种光电探测器，其特征在于，所述光电探测器包括：衬底(2)；至少一个第一半导体层(3)，设置在所述衬底(2)的部分表面上，未设置有所述第一半导体层(3)的所述衬底(2)的表面位于在所述第一半导体层(3)的两侧，所述第一半导体层(3)与所述衬底(2)之间具有微腔(8)，和/或相邻的所述第一半导体层(3)之间具有微腔(8)，与所述衬底(2)距离最大的所述第一半导体层(3)为第一顶半导体层(31)；多个介电层(4)，其中，一个所述介电层(4)设置在所述第一顶半导体层(31)的远离所述衬底(2)的表面上以及所述第一半导体层(3)两侧的所述衬底(2)的表面上，其他的所述介电层(4)设置在所述微腔(8)中且位于所述衬底(2)的表面上，和/或其他的所述介电层(4)设置在所述微腔(8)中且位于所述第一半导体层(3)的表面上；多个第二半导体层(5)，一一对应地设置在所述介电层(4)的远离所述第一半导体层(3)或远离所述衬底(2)的表面上，多个所述第二半导体层(5)中，与所述衬底(2)距离最大的所述第二半导体层(5)为第二顶半导体层(51)，所述第二半导体层(5)为二维半导体材料层；第一电极(1)，设置在所述衬底(2)的远离所述第一半导体层(3)的表面上；以及两个第二电极(7)，均设置在所述第二顶半导体层(51)的远离所述介电层(4)的表面上且相互间隔设置。2.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述光电探测器包括多个所述第一半导体层(3)。3.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述光电探测器还包括：支撑结构(6)，设置在所述衬底(2)的远离所述第一电极(1)的表面上，所述支撑结构(6)用于支撑所述第一半导体层(3)，且所述支撑结构(6)与相邻的两个所述第一半导体层(3)围成所述微腔(8)，或者，所述支撑结构(6)、所述衬底(2)以及和所述衬底(2)距离最小的所述第一半导体层(3)围成所述微腔(8)。4.根据权利要求3所述的光电探测器，其特征在于，所述光电探测器包括交替设置的多个所述支撑结构(6)与多个所述第一半导体层(3)，且各所述支撑结构(6)包括在第一方向间隔设置的两个支撑部(61)，两个所述支撑部(61)用于分别支撑所述第一半导体层(3)的两端，所述第一方向垂直于所述衬底(2)的厚度方向。5.根据权利要求4所述的光电探测器，其特征在于，所述支撑结构(6)与所述第一半导体层(3)中，与所述衬底(2)接触设置的为所述支撑结构(6)，且所述支撑结构(6)一一对应支撑所述第一半导体层(3)。6.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，两个所述第二电极(7)分别设置在所述第一半导体层(3)两侧的所述第二顶半导体层(51)的表面上。7.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述第二半...

【专利技术属性】
技术研发人员：张兆浩，张青竹，殷华湘，徐忍忍，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11