一种高灵敏的负电容场效应管光电探测器及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高灵敏的负电容场效应管光电探测器及制备方法。其特征在于，器件结构自下而上依次为衬底、氧化物、栅电极、具有负电容效应的氧化铪基铁电栅电介质、氧化物栅电介质、低维半导体沟道、金属源漏电极。首先在衬底上通过离子束溅射制备栅电极层，在该电极层上利用原子层沉积法生长氧化铪基铁电薄膜，高温快速退火后，沉积氧化物栅电介质，而后在该结构上制备过渡金属硫族化合物低维半导体，最后运用电子束刻蚀技术结合剥离工艺制备金属源漏电极，形成基于氧化铪基铁电薄膜的低维材料负电容场效应管光电探测器件结构。该金属‑铁电‑氧化物‑半导体光电晶体管结构可实现极低的亚阈值摆幅与高性能的室温光电探测。

A highly sensitive negative capacitor FET photodetector and its preparation

【技术实现步骤摘要】
一种高灵敏的负电容场效应管光电探测器及制备方法
本专利技术涉及一种高灵敏的低维半导体光电子器件，具体指一种基于氧化铪基铁电薄膜调控的低维材料负电容场效应管光电探测器及制备方法。
技术介绍
高灵敏光探测技术是未来光传感、光通信、光存储及光成像等光电应用的基础。基于低维材料的光电探测器件，由于其独特的可调控能带结构，非凡的电学、光学特性，以及超薄、透明与柔性光电子器件的潜在应用，引起了广泛的关注和研究。低维光电半导体材料的性质在很大程度上决定了其光电探测器的类型和工作原理。以石墨烯为例，零带隙、Dirac锥能带结构导致超快载流子复合和极短载流子寿命，因此需设计成金属结或pn结型光电二极管结构，通过内建电场分离光生电子和空穴以形成光电流，缺点是无光电流增益，光响应率与探测率较低。与之相反，低维二硫化钼半导体材料具有厚度调控的能带结构、较长的光生载流子寿命，可用于制备高光电流增益、高响应率以及高探测的光电晶体管型光电探测器件，在可见至近红外波段的高灵敏室温探测中有重要应用前景。目前，提高二硫化钼光电探测器性能的方法主要基于构建含石墨烯、量子点、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高灵敏的负电容场效应管光电探测器，其特征在于，器件结构自下而上依次为：衬底(1)、氧化物(2)、栅电极(3)、具有负电容效应的氧化铪基铁电栅电介质(4)、氧化物栅电介质(5)、过渡金属硫族化合物低维半导体材料(6)、金属源极(7)、金属漏极(8)，其中：/n所述的衬底(1)为P型掺杂的硅衬底；/n所述的氧化物(2)为二氧化硅，厚度285±15纳米；/n所述的栅电极(3)为氮化钛，厚度40±10纳米；/n所述的具有负电容效应的氧化铪基铁电栅电介质(4)为掺杂锆、硅、钇或铝等元素的氧化铪基铁电薄膜，厚度为15±5纳米；/n所述的氧化物栅电介质(5)为氧化铝，厚度为5±3纳米；/n所述的过渡...

【技术特征摘要】
1.一种高灵敏的负电容场效应管光电探测器，其特征在于，器件结构自下而上依次为：衬底(1)、氧化物(2)、栅电极(3)、具有负电容效应的氧化铪基铁电栅电介质(4)、氧化物栅电介质(5)、过渡金属硫族化合物低维半导体材料(6)、金属源极(7)、金属漏极(8)，其中：
所述的衬底(1)为P型掺杂的硅衬底；
所述的氧化物(2)为二氧化硅，厚度285±15纳米；
所述的栅电极(3)为氮化钛，厚度40±10纳米；
所述的具有负电容效应的氧化铪基铁电栅电介质(4)为掺杂锆、硅、钇或铝等元素的氧化铪基铁电薄膜，厚度为15±5纳米；
所述的氧化物栅电介质(5)为氧化铝，厚度为5±3纳米；
所述的过渡金属硫族化合物低维半导体材料(6)的厚度从单层分子至10纳米；
所述的金属源极(7)、金属漏极(8)为铬金电极，铬厚度为10-15纳米，金厚度为30-5...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建禄，涂路奇，刘琦，沈宏，林铁，孟祥建，褚君浩，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31