混维范德瓦尔斯异质结光电探测器及其制备方法技术

本申请公开了混维范德瓦尔斯异质结光电探测器及其制备方法，其中，混维范德瓦尔斯异质结光电探测器包括：氧化硅片，具有衬底电极层以及衬底介电层；Bi2O2Se纳米线，位于衬底介电层的上方；二维过渡金属硫属化物层，位于Bi2O2Se纳米线的上方；漏电极，位于衬底介电层和Bi2O2Se纳米线的上方，以及源电极，位于衬底介电层和二维过渡金属硫属化物层的上方。本申请构筑了II型能带排列结构，提升了混维光电探测器的光响应时间并具有在无外加电压下可以工作的特点，同时，发挥了一维纳米线长轴相对于短轴具有超高的载流子迁移能力，使得混维光电探测器具有偏振敏感的特性；Bi2O2Se纳米线具有快速传输载流子的能力，构筑的II型能带排列结构可以在零偏压下工作，降低了功耗。降低了功耗。降低了功耗。

【技术实现步骤摘要】
混维范德瓦尔斯异质结光电探测器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及光电探测器领域，具体涉及混维范德瓦尔斯异质结光电探测器及其制备方法。

技术介绍

[0002]光电探测器是将光信号转化为电信号的一种器件，在导航、图像传感、光学通信和光开关中的独特应用而越来越受到关注。
[0003]传统的偏振光电探测器往往结构复杂，高成本、大体积和复杂的结构系统阻碍了下一代光电器件的小型化和集成化。目前偏振光电探测器往往依靠硅、锗等三维材料进行探测器层的制备，硅、锗是间接带隙半导体，构建的片上光电探测器具有高功耗、结构复杂的特点。此外，每层材料的生长都需要考虑晶格匹配的影响。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对上述问题，克服至少一个不足，提出了混维范德瓦尔斯异质结光电探测器及其制备方法。
[0005]本专利技术采取的技术方案如下：
[0006]一种混维范德瓦尔斯异质结光电探测器，包括：
[0007]氧化硅片，具有衬底电极层以及衬底介电层；
[0008]Bi2O2Se纳米线，位于所述衬底介电层的上方；
[0009]二维过渡金属硫属化物层，位于所述Bi2O2Se纳米线的上方；
[0010]漏电极，位于衬底介电层和Bi2O2Se纳米线的上方，以及
[0011]源电极，位于衬底介电层和二维过渡金属硫属化物层的上方。
[0012]本申请通过一维的Bi2O2Se纳米线与二维过渡金属硫属化物层构筑了II型能带排列结构，提升了混维光电探测器的光响应时间并具有在无外加电压下可以工作的特点，同时，发挥了一维纳米线长轴相对于短轴具有超高的载流子迁移能力，使得混维光电探测器具有偏振敏感的特性；Bi2O2Se纳米线具有快速传输载流子的能力，以及构筑II型能带排列结构使混维光电探测器可以在零偏压下工作，相对于传统的偏振光电探测器而言，降低了功耗。
[0013]本申请混维范德华尔斯异质结光电探测器具有较大的开关比、快速的光响应时间、高光灵敏，二向色比在2.1左右。
[0014]于本专利技术其中一实施例中，所述衬底介电层为二氧化硅层，所述衬底电极层为p掺杂硅层。
[0015]实际运用时，二氧化硅层的厚度在80～300nm。
[0016]于本专利技术其中一实施例中，所述二维过渡金属硫属化物层为MoS2、WS2、WSe2和MoSe2，厚度在1～100nm。
[0017]本申请还公开了一种混维范德瓦尔斯异质结光电探测器的制备方法，包括以下步
骤：
[0018](1)提供氧化硅片，所述氧化硅片具有衬底电极层以及衬底介电层，通过化学气相沉积方法在云母片上沉积生长Bi2O2Se纳米线，并通过湿法转移，将Bi2O2Se纳米线转移到氧化硅片的衬底介电层上；
[0019](2)将二维过渡金属硫属化物层转移至Bi2O2Se纳米线的上方；
[0020](3)使用光刻机和电子束，在衬底介电层和Bi2O2Se纳米线的上方形成漏电极，在衬底介电层和二维过渡金属硫属化物层的上方形成源电极，得到预处理器件；
[0021](4)将预处理器件进行退火处理，得到混维范德瓦尔斯异质结光电探测器。
[0022]本申请的制备方法过程简单，成本低廉，技术成熟，非常有利于商业化的推广。
[0023]于本专利技术其中一实施例中，所述步骤(1)中，沉积生长Bi2O2Se纳米线的具体步骤为：以质量比例为2:1或3:1的Bi2O3和Bi2Se3作为生长前驱体，将Bi2O3放置在管式炉的加热区中央，将Bi2Se3放置在Bi2O3的上游22cm处，将云母衬底放置在Bi2O3的下游24cm处，管式炉的加热温度为690℃～720℃，以氩气作为载气，流速为200sccm，沉积生长时间在120min～200min，在云母衬底上生长得到Bi2O2Se纳米线。
[0024]于本专利技术其中一实施例中，所述步骤(1)中，湿法转移的具体步骤为：
[0025]将生长有Bi2O2Se纳米线的云母片固定在匀胶机上，滴上聚苯乙烯甲苯溶液，并旋涂；
[0026]旋涂完成后放到加热台烘干定型，形成聚苯乙烯薄膜；
[0027]将覆盖有聚苯乙烯薄膜的云母片泡入去离子水中，刮边处理后，使聚苯乙烯薄膜漂浮在去离子水面上，然后用干净的氧化硅片将聚苯乙烯薄膜捞出，使聚苯乙烯薄膜留在氧化硅片的衬底介电层上；
[0028]用无尘纸吸去多余的水分，烘干后泡入甲苯溶液中去除表面的聚苯乙烯薄膜。
[0029]于本专利技术其中一实施例中，所述步骤(2)的具体步骤为：
[0030]A.通过胶带，将剥离的二维过渡金属硫属化物层贴紧到洗净的衬底上，获得带二维过渡金属硫属化物层的纳米片；
[0031]B.将聚乙烯醇的水溶液滴加到载玻片的PDMS薄膜上，用载玻片刮去多余PVA的水溶液，在加热台上加热后在PDMS薄膜上制得PVA薄膜；
[0032]C.在转移平台上将PVA薄膜贴附在纳米片的二维过渡金属硫属化物层上，移除PDMS薄膜，加热冷却后得到使PVA薄膜和二维过渡金属硫属化物层相结合，得到复合膜；
[0033]D.利用二维材料转移平台以及显微镜的对准功能，将二维过渡金属硫属化物层与氧化硅片上的Bi2O2Se纳米线进行贴合；
[0034]E.将步骤D得到的结构放到50～60℃去离子水中，PVA膜完全溶解后，二维过渡金属硫属化物层位于Bi2O2Se纳米线的上方，取出后用氮气枪吹干，得到混维范德华尔斯异质结。
[0035]实际运用时，步骤A中的衬底可以为SiO2衬底或Si衬底。
[0036]于本专利技术其中一实施例中，述衬底介电层为二氧化硅层，所述衬底电极层为p掺杂硅层。
[0037]于本专利技术其中一实施例中，所述二维过渡金属硫属化物层为MoS2、WS2、WSe2和MoSe2，厚度在1～100nm。
[0038]于本专利技术其中一实施例中，所述退火处理的具体步骤为：将预处理器件放置在真空或者氩气氛围下以150℃退火10min～15min。
[0039]本专利技术的有益效果是：本申请通过一维的Bi2O2Se纳米线与二维过渡金属硫属化物层构筑了II型能带排列结构，提升了混维光电探测器的光响应时间并具有在无外加电压下可以工作的特点，同时，发挥了一维纳米线长轴相对于短轴具有超高的载流子迁移能力，使得混维光电探测器具有偏振敏感的特性；Bi2O2Se纳米线具有快速传输载流子的能力，以及构筑II型能带排列结构使混维光电探测器可以在零偏压下工作，相对于传统的偏振光电探测器而言，降低了功耗。
附图说明
[0040]图1是混维范德瓦尔斯异质结光电探测器剖视示意图；
[0041]图2是混维范德瓦尔斯异质结光电探测器立体结构示意图；
[0042]图3是化学气相沉积Bi2O2Se纳米线的示意图；
[0043]图4是混维范德华尔斯异质结光电探测器在635nm激光功率密度从暗态下到39.30mW/cm2变化下，在氧化硅衬底上的光电探测器的对数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混维范德瓦尔斯异质结光电探测器，其特征在于，包括：氧化硅片，具有衬底电极层以及衬底介电层；Bi2O2Se纳米线，位于所述衬底介电层的上方；二维过渡金属硫属化物层，位于所述Bi2O2Se纳米线的上方；漏电极，位于衬底介电层和Bi2O2Se纳米线的上方，以及源电极，位于衬底介电层和二维过渡金属硫属化物层的上方。2.如权利要求1所述的混维范德瓦尔斯异质结光电探测器，其特征在于，所述衬底介电层为二氧化硅层，所述衬底电极层为p掺杂硅层。3.如权利要求1所述的混维范德瓦尔斯异质结光电探测器，其特征在于，所述二维过渡金属硫属化物层为MoS2、WS2、WSe2和MoSe2，厚度在1～100nm。4.一种混维范德瓦尔斯异质结光电探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)提供氧化硅片，所述氧化硅片具有衬底电极层以及衬底介电层，通过化学气相沉积方法在云母片上沉积生长Bi2O2Se纳米线，并通过湿法转移，将Bi2O2Se纳米线转移到氧化硅片的衬底介电层上；(2)将二维过渡金属硫属化物层转移至Bi2O2Se纳米线的上方；(3)使用光刻机和电子束，在衬底介电层和Bi2O2Se纳米线的上方形成漏电极，在衬底介电层和二维过渡金属硫属化物层的上方形成源电极，得到预处理器件；(4)将预处理器件进行退火处理，得到混维范德瓦尔斯异质结光电探测器。5.如权利要求4所述的混维范德瓦尔斯异质结光电探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，沉积生长Bi2O2Se纳米线的具体步骤为：以质量比例为2:1或3:1的Bi2O3和Bi2Se3作为生长前驱体，将Bi2O3放置在管式炉的加热区中央，将Bi2Se3放置在Bi2O3的上游22cm处，将云母衬底放置在Bi2O3的下游24cm处，管式炉的加热温度为690℃～720℃，以氩气作为载气，流速为200sccm，沉积生长时间在120min～200min，在云母衬底上生长得到Bi2O2Se纳米线。6.如权利要求4所述的混维范德瓦尔斯异质结光电探测器的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：李京波，陈泽诚，高伟，
申请(专利权)人：浙江芯科半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：