一种石墨烯/二硒化钯/硅异质结自驱动光电探测器制造技术

本发明专利技术公开一种石墨烯/二硒化钯/硅异质结自驱动光电探测器，应用于光电探测技术领域，针对现有的光电探测器受限于石墨烯的弱吸光性能，响应度低的问题，本发明专利技术首先在n型二氧化硅/硅基底上干法刻蚀暴露出n型硅窗口；然后在硅窗口附近镀上金/铟电极，其次采用机械剥离制备二硒化钯微晶片，并利用定位干法转移二硒化钯于硅窗口；最后采用湿法转移的方式转移石墨烯，覆盖于二硒化钯与电极表面，其中二硒化钯作为石墨烯与硅之间的界面修饰层，单个硅窗口对应的石墨烯层、二硒化钯层、n型硅基底形成石墨烯/二硒化钯/硅异质结；本发明专利技术的器件制备工艺简单，且器件具有自驱动性，在可见‑近红外光波段具有较高的响应度等优良的性能。

A graphene / palladium selenide / silicon heterojunction self driving photodetector

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯/二硒化钯/硅异质结自驱动光电探测器
本专利技术属于光电探测
，特别涉及一种自驱动光电探测器及其制备方法。
技术介绍
光电探测器是将光信号转化为电信号的器件，由传统的三维材料制备而成的光电探测器虽然有不错的性能，且具备成熟的制备工艺，但也有其不足之处，例如红外探测器HgCdTe需要在特定低温环境下才能正常工作；由硫化镉制备而成的光敏电阻，其响应时间较慢；硅光电探测器由于硅本身材料的限制，具有相对较窄的探测带宽。最重要的是，传统三维材料制备的探测器，由于三维材料表面态严重，所以相对难以集成。而二维材料的出现，在一定程度上可以弥补由传统三维材料制备的探测器的一些缺点。二维材料由于具有原子厚度的层状结构，因而具有独特的电子、光学和机械性能。二维材料表面没有悬挂键，使得二维材料可以与其他材料复合的同时不用考虑晶格失配的问题，这与传统三维材料制备成的器件相比较，更利于集成。石墨烯(graphene，以下简称Gr)是一种独特的二维材料，它拥有很高的透光率和载流子迁移率，对于制备二维光电探测器而言是一种很有前景的材料。因为硅的制备工艺非常成熟，在光电探测的领域使用十分广泛，所以研究者尝试将二维材料与硅结合制备成器件，用以研究二维材料在光电探测领域的应用。由于二维材料/硅异质结光电探测器的制备工艺与传统的硅工艺相互兼容，所以备受研究者青睐。而有文献报道，二维光电探测器Gr/Si的响应度只有0.11A/W左右，这受限于Gr的弱吸光性能，为了提升Gr/Si器件的性能，研究人员做了各种尝试，如制备多孔Si基底、在Gr表面掺杂量子点以及在Gr与Si之间修饰一层界面层等，都在一定程度上提升了Gr/Si器件的性能。据文献报道，二硒化钯是一种在光电探测领域具有一定应用潜力的二维材料，2019年，Luo等人采用电子束蒸镀金属钯，随后进行硒化的方式制备了二硒化钯，并将其与锗纳米锥阵列制备成异质结，研究表明该器件在1550nm波长处具有光伏响应，在1550nm处响应度和外量子效率分别高达530.2mA/W和42.4％，进一步分析表明器件在1350nm和1650nm光照下表现出较高灵敏度，最后实验还发现器件对2200nm波长的红外光具有异常的灵敏度(AdvancedFunctionalMaterials2019,29,1900849.)。同一年Liang等人采用类似方式制备了二硒化钯，并验证了二硒化钯具有较高的光吸收系数，在可见-近红外光波段最高吸收系数可达0.6左右，研究人员将其与锥形硅形成异质结，最终发现器件在可见-近红外光具有光响应，于980nm波长响应度为456mA/W(Small2019,15,1903831.)。这说明二硒化钯具有优良的光电探性能。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提出一种石墨烯/二硒化钯/硅异质结自驱动光电探测器，通过机械剥离与干法转移制备二硒化钯的方式，在Gr与Si层之间修饰一层二硒化钯界面材料，弥补了Gr的弱吸光特性，制备出了具有高响应度和自驱动性能的石墨烯/二硒化钯/硅异质结型光电探测器。本专利技术采用的技术方案为：一种石墨烯/二硒化钯/硅异质结自驱动光电探测器，包括：硅基底、位于硅基底上的二氧化硅层，所述二氧化硅层上包括硅窗口单元，所述硅窗口单元外周的二氧化硅层上配置一圈电极；还包括二硒化钯层，所述二硒化钯层覆盖于硅窗口单元表面；还包括石墨烯层，所述石墨烯层覆盖于已覆盖有二硒化钯层的硅窗口单元及其对应的电极所围成的区域表面；所述硅窗口单元对应的石墨烯层、二硒化钯层、硅基底形成石墨烯/二硒化钯/硅异质结，所述硅窗口单元对应的电极作为输出；从而形成石墨烯/二硒化钯/硅异质结自驱动光电探测器。所述电极为铟/金合金电极，其中金电极层在铟电极层表面，金电极层厚度为50nm～150nm，铟电极层厚度为10nm～50nm。所述电极为银电极，厚度为60nm～200nm。所述硅窗口单元为半径为5um～15um的圆。所述硅窗口单元与其对应的电极之间的二氧化硅层宽度为15um～35um。所述二氧化硅层上包括硅窗口阵列，所述硅窗口阵列包括若干大小一致的硅窗口单元，且相邻硅窗口单元中心点之间的距离相等。所述相邻硅窗口单元中心点之间的距离为2mm。所述窗口单元覆盖二硒化钯层，所述覆盖有二硒化钯层的硅窗口单元及其对应的电极表面覆盖石墨烯层，每一个硅窗口单元对应的石墨烯层、二硒化钯层、n型硅基底形成石墨烯/二硒化钯/硅异质结。本专利技术的有益效果：本专利技术利用机械剥离的方式制备二硒化钯微晶片，并采用PDMS(聚二甲基硅氧烷，polydimethylsiloxane)定点转移二硒化钯的方式制备石墨烯/硒化钯/硅器件，与其他方式如转移CVD(PhysicalVaporDeposition，化学气相沉积)硒化生长的二硒化钯相比，减少了生长过程以及湿法转移过程中引入的界面缺陷以及杂质，同时，本专利技术的器件结构为石墨烯/硒化钯/硅异质结类型，由于界面层材料二硒化钯的存在，相当于起到了钝化硅表面的作用，使得光生载流子界面复合减少，利于载流子的分离，所制备的器件具有自驱动性能的同时，在可见-近红外光波段具有较高的响应度。附图说明图1是本专利技术器件结构侧面示意图。图2是本专利技术实施例一分别在无光照射与光波长为650nm，功率密度为10uW/cm2的光照射下的电流与电压特性曲线。图3是本专利技术实施例一在0偏压下，在入射光波长为650nm，功率密度为120uW/cm2下的时间响应曲线。图4是本专利技术实施例一在-3V偏压下，光波长为450nm～1050nm范围，功率密度为10uW/cm2的光照下的响应谱曲线图5是本专利技术实施例二分别在无光照射与光波长为650nm，功率密度为10uW/cm2的光照射下的电流与电压特性曲线。图6是本专利技术实施例二在0偏压下，在入射光波长为650nm，功率密度为120uW/cm2下的时间响应曲线。图7是本专利技术实施例二在-3V偏压下，光波长为450nm～1050nm范围，功率密度为10uW/cm2的光照下的响应谱曲线；附图标记说明：1是石墨烯层，2是二硒化钯层，3是金/铟电极层(或银电极层)，4是二氧化硅层，5是n型硅基底。具体实施方式为便于本领域技术人员理解本专利技术的
技术实现思路
，下面结合附图对本
技术实现思路
进一步阐释。如图1所示，本专利技术的石墨烯/硒化钯/硅器件，从上至下依次包括石墨烯层1，二硒化钯层2，金/铟电极层(或银电极层)3，二氧化硅绝缘层4，n型硅基底5。进一步地，电极3为金/铟合金，其中，金电极须在铟电极层表面，且金层厚度为50nm～150nm，铟层厚度为10nm～50nm，或者直接采用60nm～200nm厚的银电极替代。进一步地，电极内半径与中间开孔的n型硅圆边之间区域为二氧化硅，此区域宽度为15um～35um。进一步地，二氧化硅层4的厚度为280nm，n型硅基底的电阻率为1～3Ω.cm2。进一步地，n型硅表面中间开孔区域为半本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯/二硒化钯/硅异质结自驱动光电探测器，其特征在于，包括：硅基底、位于硅基底上的二氧化硅层，所述二氧化硅层上包括硅窗口单元，所述硅窗口单元外周的二氧化硅层上配置一圈电极；还包括二硒化钯层，所述二硒化钯层覆盖于硅窗口单元表面；还包括石墨烯层，所述石墨烯层覆盖于已覆盖有二硒化钯层的硅窗口单元及其对应的电极所围成的区域表面；所述硅窗口单元对应的石墨烯层、二硒化钯层、硅基底形成石墨烯/二硒化钯/硅异质结，所述硅窗口单元对应的电极作为输出；从而形成石墨烯/二硒化钯/硅异质结自驱动光电探测器。/n

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯/二硒化钯/硅异质结自驱动光电探测器，其特征在于，包括：硅基底、位于硅基底上的二氧化硅层，所述二氧化硅层上包括硅窗口单元，所述硅窗口单元外周的二氧化硅层上配置一圈电极；还包括二硒化钯层，所述二硒化钯层覆盖于硅窗口单元表面；还包括石墨烯层，所述石墨烯层覆盖于已覆盖有二硒化钯层的硅窗口单元及其对应的电极所围成的区域表面；所述硅窗口单元对应的石墨烯层、二硒化钯层、硅基底形成石墨烯/二硒化钯/硅异质结，所述硅窗口单元对应的电极作为输出；从而形成石墨烯/二硒化钯/硅异质结自驱动光电探测器。


2.根据权利要求1所述的一种石墨烯/二硒化钯/硅异质结自驱动光电探测器，其特征在于，所述电极为铟/金合金电极，其中金电极层在铟电极层表面，金电极层厚度为50nm～150nm，铟电极层厚度为10nm～50nm。


3.根据权利要求2所述的一种石墨烯/二硒化...

【专利技术属性】
技术研发人员：李永俊，何天应，兰长勇，李春，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51