本发明专利技术属于光探测技术领域，具体涉及一种自驱动光电探测器，该自驱动光电探测器，由上至下依次包括金属In点电极、金属Pd前电极、硒氧铋薄膜层和硅单晶基底。硒氧铋薄膜层通过旋涂法、空气退火处理、化学气相沉积、湿法转移等方法制备。测试结果表明，构建异质结极大地提高了硒氧铋基器件的光响应性能，且该器件表现出良好的自驱动光探测性能。出良好的自驱动光探测性能。出良好的自驱动光探测性能。
【技术实现步骤摘要】
一种基于Bi2O2Se薄膜/Si异质结的自驱动光电探测器及其制备方法
[0001]本专利技术属于光探测
，具体涉及一种自驱动光电探测器及其制备方法。
技术介绍
[0002]近些年来，蓬勃发展的光电子产业已经改变了世界，进入到生活的方方面面。作为重要的光电器件之一，光电探测器具有精确地将光信号转换为电信号的能力，在许多领域包括图像传感、国防通讯、机器视觉、环境监测、生物医学设备和昼夜监视都有广泛的应用。层状硒氧铋(Bi2O2Se)具有优异的稳定性、可调谐的能带结构和较高的载流子迁移率[Nature Nanotechnology,2017,12,530],被视为新一代电子设备的竞争对手。水热合成是大规模制备2D材料的一种简单有效的方法，然而合成的Bi2O2Se纳米片的形态是不规则的，其横向尺寸限制在数百纳米[Nanoscale,2020,12(30),16285
‑
16291]。利用CVD方法合成的Bi2O2Se晶体的厚度和畴尺寸具有良好的可控性，云母衬底与Bi2O2Se之间的强库仑相互作用促进了Bi2O2Se的横向生长，从而形成了大规模的2D Bi2O2Se片[Nano Letter,2017,17(5):3021
‑
3026]。然而，由于Bi2O2Se的本征载流子浓度太大导致了高暗电流和相对缓慢的光响应，已成为进一步开发高光学开关比和快速响应Bi2O2Se光电探测器的障碍[Advanced Functional Materials,2021,31,2008351]。通过构建Bi2O2Se薄膜/Si范德华(vdW)异质结，形成的界面势垒在暗状态下可以抑制沟道电流，并提高器件的响应性能。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的在于提供一种基于Bi2O2Se薄膜/Si异质结的自驱动光电探测器及其制备方法，可以提高目前Bi2O2Se薄膜基自驱动光电探测器的性能。
[0004]本专利技术为实现上述目的所要解决的技术问题是，通过旋涂法、空气退火处理、化学气相沉积、磁控溅射、湿法转移等方法，提高光电探测器的性能；即通过旋涂法、空气退火处理、化学气相沉积、湿法转移方法在硅基底表面制备Bi2O2Se薄膜层，以获得具有优异性能的自驱动光电探测器。
[0005]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是，一种基于Bi2O2Se薄膜/Si异质结的自驱动光电探测器，其特征在于，为层状结构，由上至下依次包括金属In点电极、金属Pd前电极、Bi2O2Se薄膜层、Si单晶基底；其中：
[0006]优选的，所述Si单晶基底是单面抛光，晶面取向为(100)面，导电类型为p型，电阻率为0.1～1欧姆
·
厘米；
[0007]一种基于Bi2O2Se薄膜/Si异质结的自驱动光电探测器的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)首先将1克五水硝酸铋溶于10毫升乙二醇中，形成无色透明溶液；
[0009](2)将五水硝酸铋/乙二醇溶液滴加到具有新鲜解理面的氟金云母上，并在一定转速(2000转/分、3000转/分等)下旋涂。然后将五水硝酸铋/乙二醇薄膜在180摄氏度下加热几秒钟以蒸发溶剂；
[0010](3)将五水硝酸铋薄膜置于空气中水平管式炉中心的石英管内，以获得三氧化二铋薄膜。炉子被编程为达到480摄氏度，并保持30分钟；
[0011](4)将硒粉置于化学气相沉积系统的上游，步骤(3)中得到的均匀的Bi2O3薄膜置于化学气相沉积系统的下游，硒粉被加热到230摄氏度并蒸发成气体。然后用氩气将硒蒸气带到下游，在500摄氏度下与Bi2O3薄膜反应，得到Bi2O2Se薄膜。
[0012](5)用聚苯乙烯在3500转/分钟下旋转涂覆步骤(4)中得到的具有生长的Bi2O2Se的氟云母基底60秒，然后在85摄氏度下烘烤15分钟。将云母边缘切掉后，用一滴去离子水剥离聚苯乙烯涂层样品。
[0013](6)切出比云母片稍大的p型Si片，分别用离子水、丙酮、无水乙醇依次清洗，去除表面污染物；
[0014](7)对清洗完成后的Si基底进行干燥；
[0015](8)将步骤(5)中剥离的聚苯乙烯涂层样品转移到硅衬底上。将硅衬底在80摄氏度下干燥1小时，然后在150摄氏度下加热30分钟，以改善样品和硅衬底之间的接触。然后将硅衬底浸入甲苯中24小时以除去聚苯乙烯，然后浸入丙酮中5小时以除去有机残留物。最后，通过流动氮气干燥硅衬底。
[0016](9)将步骤(8)得到的样品放入真空腔；采用直流磁控溅射技术，利用电离出的氩离子轰击金属Pd靶材，在Bi2O2Se薄膜和Si表面沉积金属Pd前电极；所述Pd靶材为Pd金属靶，靶材纯度为99.9％；所述氩气气压维持5.0帕斯卡不变，靶基距为50毫米，金属Pd薄膜的沉积温度为20～25摄氏度，金属Pd前电极厚度为5～15纳米；
[0017](10)分别在两端金属Pd前电极上完成金属In电极的压制，并引出金属Cu导线，完成器件的制备。
[0018]优选的，步骤(6)中，所述Si基底为p型Si单晶基底，尺寸为20毫米
×
15毫米，电阻率为0.1～1欧姆
·
厘米；清洗过程如下：将Si基底依次在去离子水、丙酮溶液和高纯酒精中超声清洗。
[0019]优选的，步骤(9)中，所述掩模片材料为不锈钢，厚度为0.1毫米，孔径尺寸为5毫米
×
5毫米；所述真空腔的背底真空度为5
×
10
‑4帕斯卡，真空条件是由机械泵和分子泵双级真空泵共同制得。
[0020]优选的，步骤(9)中，所述金属电极和导线材料分别是In和Cu，其中In的纯度为99.5％，金属Pd薄膜层上金属In电极大小和厚度分别为3毫米
×
2毫米和1毫米，Cu导线直径为0.1毫米。
[0021]上述具有自驱动光探测能力的器件可在制备自驱动光电探测器方面进行应用。
[0022]本专利技术的有益技术效果是：
[0023]专利技术通过在Si基底表面制备Bi2O2Se薄膜层，研制出具有自驱动光探测能力的薄膜器件。测试结果显示：所制备的薄膜器件对光具有明显的敏感性能，即在工作电压为0伏特时，在光照条件下器件电流显著增加。所制备薄膜器件对光的响应随光照强度的增加而增大。同时，该器件具有周期重复性好等优点。与目前存在的自驱动光电探测器相比较，本专利技术所涉及器件的制备方法简单、无毒、成本低廉，并具有光响应性能显著等优点，可广泛应用于光电探测器领域。
附图说明
[0024]图1为所制备器件XRD表征图。
[0025]图2为所制备器件光探测性能测量的结构示意图。
[0026]图3为外加电压为0伏特时器件对光的周期响应性能。
[0027]图4为纯Bi2O2Se器件与Bi2O2Se薄膜/Si异质结器件的光响应对比图。
具体实施方式
[0028]本专利技术利用旋涂法、空气退火处理、化学气相沉积、湿法转移等方法，在Si半导本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于Bi2O2Se薄膜/Si异质结的自驱动光电探测器，其特征在于：包括金属In点电极、金属Pd前电极、Bi2O2Se薄膜层、Si单晶基底，Bi2O2Se薄膜层设置在Si基底表面，金属Pd前电极薄膜层表面，金属In电极压制于金属Pd前电极表面。2.根据权利要求1所述的一种基于Bi2O2Se薄膜/Si异质结的自驱动光电探测器，其特征在于：所述Si基底为p型Si单晶基底，尺寸为20毫米
×
15毫米，电阻率为0.1～1欧姆
·
厘米。3.一种基于Bi2O2Se薄膜/Si异质结的自驱动光电探测器的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)首先将1克五水硝酸铋溶于10毫升乙二醇中，形成无色透明溶液；(2)将五水硝酸铋/乙二醇溶液滴加到具有新鲜解理面的氟金云母上，并在一定转速(2000转/分、3000转/分等)下旋涂。然后将五水硝酸铋/乙二醇薄膜在180摄氏度下加热几秒钟以蒸发溶剂；(3)将五水硝酸铋薄膜置于空气中水平管式炉中心的石英管内，以获得三氧化二铋薄膜。炉子被编程为达到480摄氏度，并保持30分钟；(4)将硒粉置于化学气相沉积系统的上游，步骤(3)中得到的均匀的Bi2O3薄膜置于化学气相沉积系统的下游，硒粉被加热到230摄氏度并蒸发成气体。然后用氩气将硒蒸气带到下游，在500摄氏度下与Bi2O3薄膜反应，得到Bi2O2Se薄膜。(5)用聚苯乙烯在3500转/分钟下旋转涂覆步骤(4)中得到的具有生长的Bi2O2Se的氟云母基底60秒，然后在85摄氏度下烘烤15分钟。将云母边缘切掉后，用一滴去离子水剥离聚苯乙烯涂层样品。(6)切出比云母片稍大的p型Si片，分别用离子水、丙酮、无水乙醇依次清洗，去除表面污染物；(7)对清洗完成后的Si基底进行干燥；(8)将步骤(...
【专利技术属性】
技术研发人员：凌翠翠，薛鑫，傅嘉文，冯冰心，曹敏，张拓，姬洪光，王敬尧，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：
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