一种异质结红外光电传感器及其制备方法技术

本公开提供了一种异质结红外光电传感器及其制备方法，采用基于Cu/SnSe/Ge/In

【技术实现步骤摘要】
一种异质结红外光电传感器及其制备方法


[0001]本公开属于光电材料与器件
，具体涉及一种异质结红外光电传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]传感器是物联网技术的最底层和最前沿，是实现自动检测和自动控制的首要环节，对物联网产业的发展具有十分重要的意义。因此，伴随智能识别、移动互联等新兴“感知技术”的浪潮，红外传感器产业也迎来了巨大的发展契机，市场需求规模迅速扩大。但是，目前市面上的红外传感器普遍存在灵敏度低、响应时间长、体积大，以及需要外部供电等弊端，难以满足便携式、低能耗、移动互联等一系列新兴领域的技术要求。在此背景下，设计研发一种基于红外光子能量的异质结光电传感器显得格外的重要。
[0004]二维半导体范德华异质结因其诸多的新特性，在电子、光电子器件领域具有广阔的应用前景，引起了人们的广泛关注。二维范德华异质结能够展现出超越两种材料的性能，且通过微弱的范德华力组合在一起，因此在材料类型和晶格结构的选择上更具灵活性，能够避免界面悬挂键对光生载流子的严重复合效应。二维范德华异质结可以在其界面处形成一个稳健的内建势垒，使光激发载流子能够有效分离，并缩短其内部渡越时间，从而大大提升异质结外部光电流的输出，在构建高性能光电子器件方面具有重要的应用价值，并成为自驱动、高灵敏度红外光电传感器研究的新热点。
[0005]据专利技术人了解，高性能红外光电传感器的制备，紧密依赖于具有较高载流子迁移率与较大光吸收系数的活性层材料。二元SnSe作为IV
‑
VI族P型半导体，通常呈现层状斜方结构，被认为是一种性能优异的二维光电功能材料，其空穴浓度在10
16
～10
18
cm
‑3范围内，且在近红外波段具有较大的光吸收系数，因此是制备红外光电传感器的潜在材料。此外，单晶锗作为一种间接带隙半导体材料，不仅具有较宽的光吸收谱范围，而且具有较高的载流子迁移率，是制备多种光电子器件的理想材料。目前已报道的基于单一材料的光导型红外光电传感器件，普遍具有较大的暗电流及较小的光电流，导致器件的探测度与响应度不高，严重限制了弱光及具有较小光子能量的红外光的传感应用；然而，P型SnSe和N型Ge由于其界面上多数载流子的转移行为，可以形成性能优良的p
‑
n结，有利于提高器件在红外光照射下的光生载流子分离能力。
[0006]因此，如何基于二维SnSe/Ge异质结制备一种高性能的红外感知光电传感器来解决目前红外传感器普遍存在的问题，对红外传感产业的发展具有重要的现实意义。

技术实现思路

[0007]为了解决上述问题，本公开提出了一种异质结红外光电传感器及其制备方法，在红外光的照射下实现红外光学信号到电学信号的转换，实现对红外光的快速识别，同时，能
够感知微弱的光信号，解决目前红外传感器件普遍存在的较小光电流和较大暗电流的难题，进而提高了红外传感器识别的灵敏度和探测度。
[0008]根据一些实施例，本公开的第一方案提供了一种异质结红外光电传感器，采用如下技术方案：
[0009]一种异质结红外光电传感器，采用基于Cu/SnSe/Ge/In
‑
Ga的异质结的光电传感器；将SnSe/Ge的异质结作为光吸收活性层，在SnSe/Ge的异质结的界面处形成电场；将Cu的微栅格结构作为顶电极，与SnSe的晶体薄膜形成欧姆接触；将In
‑
Ga合金或In的晶体薄膜作为底电极，与Ge的晶体基片形成欧姆接触。
[0010]根据一些实施例，本公开的第二方案提供了一种异质结红外光电传感器的制备方法。
[0011]一种异质结红外光电传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0012]基于Ge晶体基片得到表面洁净的Ge衬底，在Ge衬底上构造高结晶度的SnSe晶体薄膜，得到具有电学突变结的SnSe/Ge的异质结；
[0013]在所述SnSe/Ge的异质结上SnSe晶体薄膜的一侧制备Cu栅格电极，得到Cu/SnSe/Ge的异质结；
[0014]在所述Cu/SnSe/Ge的异质结上Ge晶体基片的一侧制备In
‑
Ga合金或In电极，得到具有Cu/SnSe/Ge/In
‑
Ga的异质结的红外光电传感器。
[0015]与现有技术相比，本公开的有益效果为：
[0016](1)本公开中的红外光电传感器，充分利用了SnSe晶体薄膜和Ge晶片对红外光的高吸收特性；当红外光照射到器件顶部时，SnSe晶体薄膜和Ge晶片会同时吸收入射光，导致大量激发电子从价带到导带的跃迁，从而在器件中产生足量电子
‑
空穴对。
[0017](2)N型Ge晶片的导带能级(Ec)和价带能级(Ev)分别为4.13eV和4.79eV，而P型SnSe晶体薄膜的导带能级(Ec)和价带能级(Ev)分别为4.18eV和5.08eV；当P型SnSe晶体薄膜沉积在N型Ge晶片上时，由于材料能级的不同，在其界面处可以形成稳健的P
‑
N异质结,以及较大的内建电场，使光激发电子
‑
空穴对发生定向流动，其中光激发电子被驱动到N型Ge晶片中，而光激发空穴被驱动到P型SnSe晶体薄膜中，从而显著降低激发载流子的快速复合效应，提高器件的灵敏度和探测度。
[0018](3)本公开的红外传感器制备方法中，采用Cu微结构作为器件的顶接触电极，不仅保证了红外光的有效光透过，而且显著提升了光生空穴的分离与传输效率；采用In
‑
Ga合金或In薄膜作为器件的底电极，能够与N型Ge晶片形成良好的欧姆接触，有利于促进光生电子的收集与传输。综合优选电极的作用，本公开中的红外传感器具有最大的光电流(71.25mA)输出,超大的响应度(45A/W)与探测度(1.4
×
10
12
Jones)，以及超快的响应速度(5.47μs)等技术优势，能够满足市场对红外传感器高灵敏度、高响应速度等的技术需求。
附图说明
[0019]构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
[0020]图1是本公开实施例一中异质结红外光电传感器的一种结构示意图；
[0021]图2是本公开实施例一中SnSe/Ge异质结的表面与断面扫描电镜(SEM)的效果图；
[0022]图3是本公开实施例一中Cu/SnSe/Ge/In
‑
Ga的异质结的光电传感器在1064nm红外光照射下的光电流输出曲线图及光响应度曲线图。
具体实施方式：
[0023]下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
[0024]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种异质结红外光电传感器，其特征在于，采用基于Cu/SnSe/Ge/In
‑
Ga的异质结的光电传感器；将SnSe/Ge的异质结作为光吸收活性层，在SnSe/Ge的异质结的界面处形成电场；将Cu的微栅格结构作为顶电极，与SnSe的晶体薄膜形成欧姆接触；将In
‑
Ga合金或In的晶体薄膜作为底电极，与Ge的晶体基片形成欧姆接触。2.如权利要求1中所述的一种异质结红外光电传感器，其特征在于，所述SnSe的晶体薄膜厚度设置为50
‑
90nm，电阻率设置为2.20
×
103Ω
·
cm，电导类型设置为P型。3.如权利要求1中所述的一种异质结红外光电传感器，其特征在于，所述Ge的晶体基片厚度设置为100
‑
200μm，电阻率设置为1.0
‑
5.0Ω
·
cm，电导类型设置为N型。4.如权利要求1中所述的一种异质结红外光电传感器，其特征在于，所述顶电极的厚度设置为60
‑
100nm，结构设置为鱼骨状结构，线宽设置为100μm，线长设置为4.8mm，间隔设置为500μm。5.如权利要求1中所述的一种异质结红外光电传感器，其特征在于，所述底电极的厚度设置为60
‑
100nm。6.如权利要求1中所述的一种异质结红外光电传感器，其特征在于，所述Cu/SnSe/Ge/In
‑
Ga的异质结的光电传感器设置为方形...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洪宾，陆佳俊，佀国翔，吕绍艳，程瑞杉，徐彦彩，李娇，孙硕齐，
申请(专利权)人：山东师范大学，
类型：发明
国别省市：