一种场操控可调的光电灵敏性探测器件、制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供一种场操控可调的光电灵敏性探测器件、制备方法及其应用，覆盖有二氧化硅的硅衬底上通过干法转移二硫化钨纳米片，二硫化钨纳米片上制备场操控电极，两端制备源漏电极，二硫化钨纳米片用作场操控电极和两端源漏电极的光敏导电沟道，施加电压至场操控电极和源漏电极，通过非对称的电场增大光响应电流、降低暗电流。本发明专利技术提供了一种提高探测器的响应率的一种场操控可调的光电灵敏性探测器件、制备方法及其应用。制备方法及其应用。制备方法及其应用。

【技术实现步骤摘要】
一种场操控可调的光电灵敏性探测器件、制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及光电探测器件
，尤其是一种场操控可调的光电灵敏性探测器件、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]光电探测器是一种能将光学信号转换成电学信号的光电器件，是光电系统中的“眼睛”，被广泛应用于视频成像、光通信、夜视仪、医学影像等领域。在过去的十几年中，二维材料成为了光电探测器的理想材料和研究重点，主要原因包括：二维材料种类繁多，带隙范围可调，基于二维材料的光电探测器可以实现从紫外光到太赫兹波段的宽光谱探测；二维材料的制备不受晶格匹配的约束，制备手段简易低廉，最常见的方法是机械剥离法，世界上第一个单层石墨烯就是利用此法制备出来的；一般来说，二维材料的载流子迁移率比体材料的更高，它们能与外界光发生强烈的相互作用，可以达到高响应率的目的。
[0003]目前已经商用化的光电探测器主要由硅、碲镉汞、铟镓砷等半导体材料制备而成，而这些传统探测器往往存在器件体积大、具有毒性、工作温度低以及生产工艺复杂等缺陷。
[0004]因此，如何解决二维材料的光吸收能力较差，光响应电流较低的问题，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术的第一个目的在于，提供一种提高探测器的响应率的一种场操控可调的光电灵敏性探测器件。
[0006]为此，本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：
[0007]一种场操控可调的光电灵敏性探测器件，其特征在于：覆盖有二氧化硅的硅衬底上通过干法转移二硫化钨纳米片，二硫化钨纳米片上制备场操控电极，两端制备源漏电极，二硫化钨纳米片用作场操控电极和两端源漏电极的光敏导电沟道，施加电压至场操控电极和源漏电极，通过非对称的电场增大光响应电流、降低暗电流。
[0008]在采用上述技术方案的同时，本专利技术还可以采用或者组合采用如下技术方案：
[0009]作为本专利技术的优选技术方案：二硫化钨纳米片上干法转移氮化硼纳米片，氮化硼纳米片之上制备场操控电极。
[0010]作为本专利技术的优选技术方案：所述的氮化硼纳米片的长度约为10～14μm，宽度约为4～9μm，厚度约为10～45nm；
[0011]作为本专利技术的优选技术方案：覆盖有二氧化硅的硅衬底的厚度约为0.8～1mm；
[0012]所述的二硫化钨纳米片的长度约为12～15μm，宽度约为4～7μm；
[0013]所述的源漏电极材质为金，厚度约为80～100nm；
[0014]所述的场操控电极材质为金，其线宽约为1～2μm，厚度约为80～100nm；
[0015]所述的二硫化钨纳米片的导电沟道长度约为12～15μm，迁移率约为30～50cm2V
‑1s
‑1。
[0016]本专利技术的第二个目的在于，提供一种提高探测器的响应率的一种场操控可调的光电灵敏性探测器件的制备方法。
[0017]为此，本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：
[0018]所述的场操控可调的光电灵敏性探测器件的制备方法，其特征在于：
[0019]S1，将覆盖有二氧化硅的硅衬底进行表面清洗,将所述衬底切割成大小为1cm
×
1cm的样品；
[0020]S2，通过转移平台以及微区定位方法，利用干法转移技术，将机械剥离的二硫化钨纳米片转移到步骤S1制备的衬底上，进行编号定位标记；
[0021]S3，结合使用紫外光刻、电子束蒸发法以及剥离工艺制备与二硫化钨纳米片接触的源漏电极以及场操控电极，形成良好的接触。
[0022]在采用上述技术方案的同时，本专利技术还可以采用或者组合采用如下技术方案：
[0023]作为本专利技术的优选技术方案：步骤S3中，通过转移平台以及微区定位方法，利用干法转移技术，将机械剥离的氮化硼纳米片转移到上述源漏电极上，与源漏电极以及场操控电极形成良好的接触以充当栅极或诱导出偏置电场。
[0024]作为本专利技术的优选技术方案：步骤S3中，通过紫外光刻、电子束蒸发以及剥离工艺制备厚度约为300～400nm的加厚电极，以便后续的引线测试。
[0025]本专利技术还有一个目的在于，提供前文所述的场操控可调的光电灵敏性探测器件的应用，其应用在视频成像、光电检测和光通信等领域
[0026]本专利技术公开了一种场操控可调的光电灵敏性探测器、制备方法及其应用，利用二硫化钨材料和氮化硼材料制备了一种可以实现动态调控光生载流子的光电探测器。这种光电探测器，采用具有高载流子迁移率和宽响应波段的二硫化钨材料为基本结构单元，以二氧化硅作为衬底，蝶形天线作为金属电极，宽禁带的氮化硼材料作为栅极介质层，可以实现室温下栅极电压和非对称电场联合调控的光电探测，本专利技术的探测器具有暗电流低、响应率高、灵敏度高、多种调控方式、高的可重复性、空气中的稳定性的优点，为实现室温下高集成度的可见光探测研究奠定器件与理论基础。本专利技术中的一种场操控可调的光电灵敏性探测器采用两种特殊结构，利用非对称电场和外加栅压协同调控沟道中的载流子，最终提高了探测器的响应率。
附图说明
[0027]图1为本专利技术的场操控可调的光电灵敏性探测器件实施例1的俯视示意图；
[0028]图2为本专利技术的场操控可调的光电灵敏性探测器件实施例1的前侧示意图；
[0029]图3为本专利技术场操控可调的光电灵敏性探测器件实施例2的俯视示意图；
[0030]图4为本专利技术场操控可调的光电灵敏性探测器件实施例2的前侧示意图；
[0031]图5为本专利技术场操控可调的光电灵敏性探测器件室温下的输出特性曲线I
DS
‑
V
DS
；
[0032]图6为本专利技术场操控可调的光电灵敏性探测器件室温下光响应电流的空间分布图；
[0033]图7为本专利技术场操控可调的光电灵敏性探测器件在不同偏置电压下光电流随栅极电压的变化示意图；
[0034]图8为本专利技术场操控可调的光电灵敏性探测器件在不同栅极电压下光电流随偏置
电压的变化示意图；
[0035]图9为偏压、栅压联合调控的光响应电流分布图；图10为长沟道器件的光响应电流分布图；图11为短沟道器件的光响应电流分布图；附图中，覆盖二氧化硅的硅衬底1，源漏电极2，氮化硼纳米片3，场操纵电极4，二硫化钨纳米片5。
具体实施方式
[0036]如图1、图2、图3和图4所示，本专利技术的一种场操控可调的光电灵敏性探测器，所述探测器在覆盖有二氧化硅的硅衬底1上干法转移机械剥离的二硫化钨纳米片3，在二硫化钨纳米片两端制备源漏电极2，以及选择性在二硫化钨纳米片上干法转移氮化硼纳米片5，在二硫化钨纳米片之上或者氮化硼纳米片之上制备场操控电极4，它可以充当栅极或者诱导出偏置电场。采用载流子迁移率高且能带可调的二硫化钨材料作为光敏导电沟道，二硫化钨的禁带宽度与层数相关，当其层数由多层减少为单层时，间接带隙将变成直接带隙，通过对二硫化钨纳米片的结构设计和电场调控实现了高灵敏度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种场操控可调的光电灵敏性探测器件，其特征在于：覆盖有二氧化硅的硅衬底上通过干法转移二硫化钨纳米片，二硫化钨纳米片上制备场操控电极，两端制备源漏电极，二硫化钨纳米片用作场操控电极和两端制备源漏电极的光敏导电沟道，施加电压至场操控电极和源漏电极，通过非对称的电场增大光响应电流、降低暗电流。2.如权利要求1所述的场操控可调的光电灵敏性探测器件，其特征在于：二硫化钨纳米片上干法转移氮化硼纳米片，氮化硼纳米片之上制备场操控电极。3.如权利要求2所述的场操控可调的光电灵敏性探测器件，其特征在于：所述的氮化硼纳米片的长度约为10～14μm、宽度约为4～9μm，厚度约为10～45nm。4.如权利要求1所述的的场操控可调的光电灵敏性探测器件，其特征在于：覆盖有二氧化硅的硅衬底的厚度约为0.8～1mm；所述的二硫化钨纳米片的长度约为12～15μm，宽度约为4～7μm；所述的源漏电极材质为金，厚度约为80～100nm；所述的场操控电极材质为金，其线宽约为1～2μm，厚度约为80～100nm；所述的二硫化钨纳米片的导电沟道长度约为12～15μm，迁移率约为30～50cm2V
‑1s
‑1。5.如权利要求1
...

【专利技术属性】
技术研发人员：施超凡，张拾，刘昌龙，章郑扬，杨程森，李冠海，陈效双，
申请(专利权)人：国科大杭州高等研究院，
类型：发明
国别省市：