垂直型光电探测器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种垂直型光电探测器的制备方法，包括：S1：选取衬底；S2：在所述衬底上生长底电极层；S3：在所述底电极层上生长二硫化钼层；S4：在所述二硫化钼层上生长杂化钙钛矿层；S5：在所述杂化钙钛矿层上生长顶电极。本发明专利技术可以使光电探测器二维材料沟道的背景载流子的完全耗尽，显著降低了器件暗电流，提高器件在弱光下的探测性能；制备工艺简单，生产成本低，无需昂贵的仪器设备等优点；制备的光电探测器可在零栅压、低源漏偏压下工作，具有优异的低功耗特性，且结构简单、效率高、响应快、工作稳定、使用寿命长。

Vertical photodetector and its preparation method

Including the preparation method, the invention relates to a vertical type photoelectric detector: S1: S2: in the selection of the substrate; the substrate growth of bottom electrode layer; S3: growth of MoS2 layer on the bottom electrode layer; S4: the growth of hybrid perovskite in the MoS2 layer; S5: growth in the hybrid perovskite layer on the top electrode. The invention can make the fully depleted background carrier photodetector two-dimensional material channel, significantly reduced the dark current and improve the detection performance of the device under weak light condition; the preparation process is simple, low production cost, has no need of expensive equipments; photoelectric detector prepared at zero gate voltage, low the source drain bias, with low power consumption and excellent characteristics, and has the advantages of simple structure, high efficiency, fast response, stable operation and long service life.

【技术实现步骤摘要】
垂直型光电探测器及其制备方法
本专利技术属于半导体光电探测
，具体涉及一种垂直型光电探测器及其制备方法。
技术介绍
以石墨烯及二维过渡金属硫族化合物为代表的二维材料在光电探测领域受到越来越广泛的关注。其中以二硫化钼(二硫化钼)为代表的过渡金属硫化物二维材料具有与硅、砷化镓等传统半导体材料接近的禁带宽度，且能带带隙随厚度的变化而变化，在新型光电探测领域具有广阔应用前景。然而这类材料在制备过程中不可避免的会引入界面缺陷等问题使得该材料在零栅压下具有较高的背景载流子浓度，进而使得光电探测器的暗电流较高，这些问题都限制了其在光电探测领域的应用。因此，如何研制出一种低暗电流、高探测性能的光探测器尤为重要。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种垂直型光电探测器及其制备方法。本专利技术的一个实施例提供了一种垂直型光电探测器，包括：S1：选取衬底；S2：在所述衬底上生长底电极层；S3：在所述底电极层上生长二硫化钼层；S4：在所述二硫化钼层上生长杂化钙钛矿层；S5：在所述杂化钙钛矿层上生长顶电极。在本专利技术的一个实施例中，所述衬底为半绝缘半透明材料。在本专利技术的一个实施例中，步骤(S1)前还包括：利用RCA标准清洗工艺，对所述衬底进行清洗。在本专利技术的一个实施例中，步骤(S3)包括：采用化学气相沉积法，以单质的钼金属和硫粉做为生长源，在所述底电极层表面沉积二维二硫化钼以完成所述二硫化钼层的生长。在本专利技术的一个实施例中，步骤(S4)包括：(S41)制备前驱体溶液；(S42)将所述前驱体溶液搅拌并旋涂至所述二硫化钼层上以生长杂化钙钛矿层。在本专利技术的一个实施例中，所述杂化钙钛矿层材料为CH3NH3PbI3。在本专利技术的一个实施例中，步骤(S41)包括：将0.415g的CH3NH3I和1.223g的PbI2溶于4mL的DMF溶液中制备旋涂前驱体溶液。在本专利技术的一个实施例中，步骤(S42)包括：(S421)将所述前驱体溶液在50℃下搅拌10-12h；(S422)以3000rpm的转速将所述前驱体溶液旋涂到所述二硫化钼层上，在90℃下退火0.5h，制成CH3NH3PbI3薄膜以完成杂化钙钛矿层的生长。在本专利技术的一个实施例中，步骤(S5)包括：(S51)采用物理掩膜板，利用磁控溅射工艺在所述杂化钙钛矿层上生长第二金属材料；(S52)在氮气和氩气的气氛下，利用快速热退火工艺，在所述杂化钙钛矿层上表面与所述第二金属材料表面处形成欧姆接触以完成所述顶电极的生长。在本专利技术的另一个实施例提出了一种垂直型光电探测器，包括：半绝缘半透明衬底层、底电极层、二硫化钼层、杂化钙钛矿层、顶电极，所述垂直型光电探测器由上述实施例所述的方法制备形成。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、可以实现增强超快的可见-近红外宽谱响应；2、可以降低暗电流和背景载流子浓度；3、可以大面积制备并且制作成本低廉，结构简单、效率高、响应快、工作稳定、使用寿命长。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种垂直型光电探测器的制备方法流程图；图2a～图2e为本专利技术实施例提供的一种垂直型光电探测器的工艺流程示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种垂直型光电探测器的结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的一种二硫化钼的拉曼散射图；图5为本专利技术实施例提供的一种杂化钙钛矿的光致发光图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例一请参见图1、图4和图5，图1为本专利技术实施例提供的一种垂直型光电探测器的制备方法流程图；图4为本专利技术实施例提供的一种二硫化钼的拉曼散射图；图5为本专利技术实施例提供的一种杂化钙钛矿的光致发光图。该方法包括如下步骤：S1：选取衬底；S2：在所述衬底上生长底电极层；S3：在所述底电极层上生长二硫化钼层；S4：在所述二硫化钼层上生长杂化钙钛矿层；S5：在所述杂化钙钛矿层上生长顶电极。其中，所述衬底为半绝缘半透明材料。优选地，所述衬底材料为蓝宝石。其中，步骤(S1)前还包括：利用RCA标准清洗工艺，对所述衬底进行清洗。其中，步骤(S3)包括：采用化学气相沉积法，以单质的钼金属和硫粉做为生长源，在所述底电极层表面沉积二维二硫化钼以完成所述二硫化钼层的生长。其中，步骤(S4)包括：(S41)制备前驱体溶液；(S42)将所述前驱体溶液搅拌并旋涂至所述二硫化钼层上以生长杂化钙钛矿层。其中，所述杂化钙钛矿层材料为有机或者无机杂化钙钛矿，包括CH3NH3PbI3、CH3NH3PbCl3、CH3NH3SnI3等等，为弱p型，载流子浓度为1016cm-3量级；生长方法是一步溶液法、两步溶液法、共蒸发法中的一种。优选地，所述杂化钙钛矿层材料为CH3NH3PbI3。优选地，所述杂化钙钛矿层的厚度为200-350nm。其中，步骤(S41)包括：将0.415g的CH3NH3I和1.223g的PbI2溶于4mL的DMF溶液中制备旋涂前驱体溶液。其中，步骤(S42)包括：(S421)将所述前驱体溶液在50℃下搅拌10-12h；(S422)以3000rpm的转速将所述前驱体溶液旋涂到所述二硫化钼层上，在90℃下退火0.5h，制成CH3NH3PbI3薄膜以完成杂化钙钛矿层的生长。其中，步骤(S5)包括：(S51)采用物理掩膜板，利用磁控溅射工艺在所述杂化钙钛矿层上生长第二金属材料；(S52)在氮气和氩气的气氛下，利用快速热退火工艺，在所述杂化钙钛矿层上表面与所述第二金属材料表面处形成欧姆接触以完成所述顶电极的生长。其中，所述底电极层和所述顶电极的材质可以是金、银、镍、钛、铂、钯、FTO、ITO电极中的一种或多种。其中，所述顶电极作为引出电极，与外电路相连。优选地，所述底电极层和顶电极为ITO电极。优选地，所述底电极层和所述顶电极的厚度均为50-200nm。其中，所述二硫化钼层为单层或者多层薄膜材料，载流子类型选用n型；生长方法为磁控溅射、化学气相淀积中的一种。优选地，所述二硫化钼层的厚度为1-10nm。本实施例的有益效果如下：1.可以实现增强超快的可见-近红外宽谱响应；2.可以降低暗电流和背景载流子浓度；3.可以大面积制备并且制作成本低廉，结构简单、效率高、响应快、工作稳定、使用寿命长。实施例二请参见图2a～图2e，图2a～图2e为本专利技术实施例提供的一种垂直型光电探测器的工艺流程示意图。该方法包括如下步骤：步骤1、选取蓝宝石衬底201，如图2a所示。步骤2、在所述蓝宝石衬底201表面淀积第一金属材料形成底电极层202，如图2b所示。步骤3、在所述底电极层202表面形成二硫化钼层203即光吸收层1，如图2c所示。步骤4、在所述二硫化钼层203表面形成杂化钙钛矿层204即光吸收层2，如图2d所示。步骤6、在所述杂化钙钛矿层204上表面淀积第二金属材料形成顶电极205以及外电路,如图2e所示。其中，步骤1可以包括：步骤1-1、选取半绝缘半透明单面抛光材料作为所述蓝宝石衬底201；步骤1-2、利用RCA标准清洗工艺对所述蓝宝石衬底201进行清洗。步骤2可以包括：步骤2-1、利用磁控溅射工艺在步骤1所述蓝宝石衬底201的抛光面溅射第一金属材料；步骤2-2、在氮气和氩气的气氛下，利用快速热退火工艺在所述蓝宝石衬底201的抛光面与所述第一金属材料表面处形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种垂直型光电探测器的制备方法，其特征在于，包括：S1：选取衬底；S2：在所述衬底上生长底电极层；S3：在所述底电极层上生长二硫化钼层；S4：在所述二硫化钼层上生长杂化钙钛矿层；S5：在所述杂化钙钛矿层上生长顶电极。

【技术特征摘要】
1.一种垂直型光电探测器的制备方法，其特征在于，包括：S1：选取衬底；S2：在所述衬底上生长底电极层；S3：在所述底电极层上生长二硫化钼层；S4：在所述二硫化钼层上生长杂化钙钛矿层；S5：在所述杂化钙钛矿层上生长顶电极。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述衬底为半绝缘半透明材料。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(S1)前还包括：利用RCA标准清洗工艺，对所述衬底进行清洗。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(S3)包括：采用化学气相沉积法，以单质的钼金属和硫粉做为生长源，在所述底电极层表面沉积二维二硫化钼以完成所述二硫化钼层的生长。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(S4)包括：(S41)制备前驱体溶液；(S42)将所述前驱体溶液搅拌并旋涂至所述二硫化钼层上以生长杂化钙钛矿层。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述杂化钙钛矿层材料为CH3NH3PbI3。7.根据权利要求6所述的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾仁需，庞体强，栾苏珍，张玉明，汪钰成，刘银涛，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61