一种悬空横向双异质结光探测器及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种悬空横向双异质结光探测器及其制作方法，该悬空横向双异质结光探测器包括：绝缘基底、支撑结构、第一电极、第二电极和由二维材料制成的二维结构；其中，支撑结构设置在绝缘基底上，第一电极和第二电极设置在支撑结构上；二维结构附着于支撑结构材料之上，按照二维结构与支撑结构的接触情况，分为第一接触区、第二接触区和悬空区；其中，在第一接触区和第二接触区处形成异质结。本发明专利技术利用悬空横向双异质结对光的吸收与光电转换特性进行光探测应用，制作方法简单易行，无需在二维材料表面上制作电极；一方面降低了高精度光刻的对准难度和制作成本；另一方面也避免了电极工艺对二维材料表面的污染和损伤，恶化器件的电学接触性能。

【技术实现步骤摘要】
一种悬空横向双异质结光探测器及其制作方法
本专利技术涉及半导体异质结构与光探测
，特别是指一种悬空横向双异质结光探测器及其制作方法。
技术介绍
光探测器是利用半导体对光的吸收所引起的光电导、光生伏特和光热效应而制成的探测器，在军事和国民经济的各个领域有广泛用途。按照工作波段的不同，光探测器可分为紫外、可见、红外光探测器。在紫外波段，主要应用在导弹追踪、非视距保密光通信、海上破雾引航、高压电晕监测、火灾预警、生化检测、生物医学等军民两用领域，需在高温、宇航及军事等极端条件下工作；在可见光或近红外波段主要用于射线测量和探测、工业自动控制、光度计量等；在红外波段主要用于导弹制导、红外热成像、红外遥感等方面。半导体光电探测器由于体积小，重量轻，响应速度快，灵敏度高，易于与其它半导体器件集成，是一种最理想光探测器，可广泛用于光通信、信号处理、传感系统和测量系统。从第一代Si基材料、第二代III-V族化合物半导体(GaAs、InP等)到第三代宽禁带半导体材料(以GaN、SiC为代表)，半导体材料经历了快速发展，相应地，半导体光电探测器的光谱响应范围也从红外、可见、紫外、深紫外波段逐渐拓展和完善。近年来，信息功能材料也已由三维(3D)体材料发展到薄层、超薄层甚至二维(2D)单原子层材料。新兴的二维材料为光探测应用提供了崭新的支撑与补充。作为二维材料的典型代表，石墨烯(Graphene)的透光率极高，单层石墨烯的吸收效率只有2.3％，光吸收容易饱和，但是其吸收光的波长范围很广，可以覆盖可见和红外光。其次，二维过渡金属硫族化合物(TMDCs)家族材料丰富，禁带宽度可调节，其中MoS2作为一种超薄的二维半导体，有着较高载流子迁移率(～410cm2V-1s-1)和随着层厚可调控的光学带隙(单层1.8eV)，是一种制备可见光乃至近红外光电探测器的理想材料；PtSe2因其可调带隙从单层PtSe2(1.2eV)过渡到零带隙的块体PtSe2，其响应波段为近红外波段到中红外波段。另外，二维黑磷同样具有带隙可调控特性(0.3eV-2.0eV)，高载流子迁移率(103cm2V-1s-1)、高电流开关比(104-105)以及各向异性等特点使其成为光电探测器的重要候选材料。总体来看，基于二维材料的光电探测器已展现出宽波段响应且高灵敏度的优势，其工作波段主要集中在可见、近红外到远红外区间。由于超高速光通信、信号处理、测量和传感系统的需要，需要超高速高灵敏度的半导体光电探测器，下一代光电探测器正朝着室温、多波段、高集成化、高性能、低功耗、低成本的方向发展。而新兴二维半导体材料与传统先进半导体材料的集成设计与异质构建将为未来光探测技术发展和应用提供新的机遇。目前，现有光探测器是在二维材料表面上制作电极，制作成本较高，工艺复杂，且电极工艺会对二维材料表面造成污染和损伤，恶化器件电学接触性能。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种悬空横向双异质结光探测器及其制作方法，一方面旨在解决现有分立3D和2D材料光探测器的性能互补，另一方面，本专利技术中悬空横向结构能消除基底作用影响，避免二维材料的表面损伤和污染，可获得高性能自支撑二维材料，同时简化了制作方法，降低制作成本。为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种悬空横向双异质结光探测器，其包括：绝缘基底、支撑结构、第一电极、第二电极以及由二维材料制成的二维结构；其中，所述支撑结构设置在所述绝缘基底上，所述第一电极和所述第二电极设置在所述支撑结构上；所述二维结构附着于所述支撑结构之上，按照所述二维结构与所述支撑结构之间的接触情况，所述二维结构分为第一接触区、第二接触区以及悬空区；其中，在所述第一接触区和所述第二接触区处分别形成异质结。进一步地，所述绝缘基底的材质为蓝宝石、碳化硅、氮化铝、氮化镓、磷化铟、砷化镓、氧化硅、硅或者金刚石中的任意一种。进一步地，所述支撑结构的材质为GaN基、GaP基、GaAs基二元、三元、四元或多元材料，或者ZnO基、ZnS基、ZnSe基二元、三元、四元或多元材料，或者CdS基、CdSe基、CdTe基二元、三元、四元或多元材料中的任意一种；所述支撑结构的掺杂类型为n型掺杂或p型掺杂，且其为具有微纳结构的非平层材料。进一步地，所述二维材料为过渡金属硫族化合物、黑磷、石墨烯、第IV族单质二维材料、第V族单质二维材料、第III-V族二维材料、第III-VI族二维材料或第IV-VI族二维材料中的任意一种。进一步地，所述第一接触区和所述第二接触区形成的异质结为nn和pp同型异质结或者np和pn反型异质结。进一步地，所述第一电极和第二电极为钛、铝、镍、金、银、铬、铂、钯中的任意一种或多种的组合形成的金属电极，或者所述第一电极和第二电极为ITO或石墨烯透明导电电极；所述第一电极和所述第二电极与支撑结构之间为电学欧姆接触。相应地，为解决上述技术问题，本专利技术还提供如下技术方案：一种上述的悬空横向双异质结光探测器的制作方法，其包括：步骤一、在绝缘基底上制备单层完整薄膜；步骤二、在所述单层完整薄膜的上表面制作微纳结构图形；步骤三、根据所述微纳结构图形对单层完整薄膜进行刻蚀，得到支撑结构；步骤四、在所述支撑结构上制作电极图形，并沉积第一电极和第二电极；步骤五、在带有电极的支撑结构上制作二维结构。进一步地，所述单层完整薄膜采用金属有机化学气相沉积、分子束外延、化学气相沉积、原子层沉积、磁控溅射方法生长或者沉积得到。进一步地，所述微纳结构图形和所述电极图形采用光学光刻、电子束直写光刻或者纳米压印图形化技术制作；所述对单层完整薄膜进行刻蚀为干法感应耦合等离子体刻蚀、干法反应离子刻蚀或者化学湿法腐蚀。进一步地，所述二维结构采用自上而下转移到所述支撑结构上，或者采用自下而上外延生长在所述支撑结构上。本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：1、本专利技术的悬空横向双异质结光探测器结构简单且可调性强，其光谱响应波长从紫外到红外连续覆盖，具有良好的半导体兼容性和系统集成性；2、本专利技术的悬空横向双异质结光探测器能够消除基底对二维材料的不良影响，可以充分发挥二维材料的光电性能；3、本专利技术的悬空横向双异质结光探测器具有非常小的本底暗电流，灵敏度高；4、本专利技术的悬空横向双异质结光探测器制作方法简单易行，无需在二维材料表面上制作电极：一方面降低了高精度光刻的对准难度和制作成本；另一方面也避免了电极工艺对二维材料表面的污染和损伤，恶化器件电学接触性能。附图说明图1为本专利技术的第一实施例提供的悬空横向双异质结光探测器示意图；图2为本专利技术的第二实施例提供的悬空横向双异质结光探测器制作方法的流程示意图；图3为本专利技术的第三实施例提供的悬空横向MoS2/GaN反型双异质结光探测器示意图。附图标记说明：L1、绝缘基底；L2、支撑结构；L3、二维结构；P1、第一电极；R1、第一接触区；R2、悬空本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种悬空横向双异质结光探测器，其特征在于，包括：绝缘基底、支撑结构、第一电极、第二电极以及由二维材料制成的二维结构；其中，/n所述支撑结构设置在所述绝缘基底上，所述第一电极和所述第二电极设置在所述支撑结构上；所述二维结构附着于所述支撑结构之上，按照所述二维结构与所述支撑结构之间的接触情况，所述二维结构分为第一接触区、第二接触区以及悬空区；其中，在所述第一接触区和所述第二接触区处分别形成异质结。/n

【技术特征摘要】
1.一种悬空横向双异质结光探测器，其特征在于，包括：绝缘基底、支撑结构、第一电极、第二电极以及由二维材料制成的二维结构；其中，
所述支撑结构设置在所述绝缘基底上，所述第一电极和所述第二电极设置在所述支撑结构上；所述二维结构附着于所述支撑结构之上，按照所述二维结构与所述支撑结构之间的接触情况，所述二维结构分为第一接触区、第二接触区以及悬空区；其中，在所述第一接触区和所述第二接触区处分别形成异质结。


2.如权利要求1所述的悬空横向双异质结光探测器，其特征在于，所述绝缘基底的材质为蓝宝石、碳化硅、氮化铝、氮化镓、磷化铟、砷化镓、氧化硅、硅或者金刚石中的任意一种。


3.如权利要求1所述的悬空横向双异质结光探测器，其特征在于，所述支撑结构的材质为GaN基、GaP基、GaAs基二元、三元、四元或多元材料，或者ZnO基、ZnS基、ZnSe基二元、三元、四元或多元材料，或者CdS基、CdSe基、CdTe基二元、三元、四元或多元材料中的任意一种；所述支撑结构的掺杂类型为n型掺杂或p型掺杂，且其为具有微纳结构的非平层材料。


4.如权利要求1所述的悬空横向双异质结光探测器，其特征在于，所述二维材料为过渡金属硫族化合物、黑磷、石墨烯、第IV族单质二维材料、第V族单质二维材料、第III-V族二维材料、第III-VI族二维材料或第IV-VI族二维材料中的任意一种。


5.如权利要求1所述的悬空横向双异质结光探测器，其特征在于，所述第一接触区和所述第二接触区形成的异质结为nn和pp同型异质结或者np和pn反型...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭铭曾，郑新和，卫会云，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11