一种近理想线性响应的双浮栅光电二极管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种近理想线性响应的双浮栅光电二极管及其制备方法，属于光电探测器制备技术领域。本发明专利技术公开了的近理想线性响应的双浮栅光电二极管，从下到上包括依次设置的SiO2/Si衬底、介电层、作为底部浮栅的第一MoTe2层、作为N端的第一MoS2层、作为P端的第二MoTe2层、作为顶部浮栅的第二MoS2层和设置在表面的一对电极；所公开的结构在MoS2/MoTe2异质结的上、下两侧再形成两个II型范德华异质结构(MoS2/MoTe2和MoTe2/MoS2)，在两侧II型异质结内建电场的作用下，更完全地耗尽了异质结导电沟道中的少子，减弱沟道中的多子与少子发生的相互作用，实现近理想的线性响应。实现近理想的线性响应。实现近理想的线性响应。

【技术实现步骤摘要】
一种近理想线性响应的双浮栅光电二极管及其制备方法


[0001]本专利技术属于光电探测器制备
，具体涉及一种近理想线性响应的双浮栅光电二极管及其制备方法。

技术介绍

[0002]光电探测器是将光信号转换成电信号的器件，它是现代光通信、环境监测、人工智能等应用的基石。随着工艺技术的发展和商业需求的提升，高性能的光电探测器在灵敏度、速度、线性响应、工作带宽、集成度等上都有所要求。光活性材料及其结构是构成光电探测器的重要部分。二维材料由于载流子迁移率高、带隙可调、柔性好、光吸收截面大等特点，广泛应用于光电二极管和光电晶体管。
[0003]光强线性响应是光电探测器高精度识别光信号的重要指标。通常，由于原子薄厚度的沟道中不可避免存在载流子的束缚，导致二维材料光电晶体管很难实现线性响应，而对于内建电场促进光生载流子分离的二维材料光电二极管来说就容易得多。理想的光电二极管由于没有载流子相互作用而显示出强线性光电响应。但是，实际制备的二维材料光电二极管中的掺杂水平或载流子调节状况具有一定的不均匀性。例如，光电二极管沟道在顶部和底部界面附近的载流子分布不同，P/N端材料的电子/空穴耗尽不彻底、平面结构器件中在非结区依然存在单材料沟道等，都可能会导致明显的非线性响应。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种近理想线性响应的双浮栅光电二极管及其制备方法，用以解决现有的光电二极管存在非线性光响应问题、光电探测效率低等技术问题。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]本专利技术公开了一种近理想线性响应的双浮栅光电二极管，包括SiO2/Si衬底，所述SiO2/Si衬底的上表面设置有介电层；所述介电层的上表面设置有作为底部浮栅的第一MoTe2层；所述第一MoTe2层的上表面设置有作为N端的第一MoS2层；所述第一MoS2层的上表面设置有作为P端的第二MoTe2层；所述第二MoTe2层的上表面设置有作为顶部浮栅的第二MoS2层；
[0007]其中，所述第一MoS2层的一端与介电层的表面接触，另一端设置在第一MoTe2层的上表面；所述第二MoTe2层的一端与介电层的表面接触，另一端与第一MoS2层的上表面接触；
[0008]与介电层的表面接触的第一MoS2层、第二MoTe2层的上表面分别设置有电极。
[0009]进一步地，所述介电层的材料为氮化硼(hBN)。
[0010]进一步地，所述介电层的厚度为14～20nm。
[0011]进一步地，所述电极的材料为金、银或钯。
[0012]进一步地，所述电极的厚度为45～50nm。
[0013]进一步地，所述SiO2/Si衬底中包含SiO2衬底和Si衬底，SiO2衬底设置在Si衬底上
表面；所述SiO2衬底的厚度为280～300nm。
[0014]本专利技术还公开了上述近理想线性响应的双浮栅光电二极管的制备方法，包括以下步骤：
[0015]S1：将介电层采用干法转移技术转移转移到SiO2/Si衬底的上表面；通过定点转移的方法将第一MoTe2层转移到介电层的上表面作为底部浮栅；随后将第一MoS2层转移到第一MoTe2层的上表面作为N端，其中第一MoS2层的一端与介电层的上表面接触，另一端与第一MoTe2层的上表面接触；再将第二MoTe2层转移到第一MoS2层的上表面作为P端，其中第二MoTe2层的一端与介电层的上表面接触，另一端与第一MoS2层的上表面接触；将第二MoS2层转移到第二MoTe2层的上表面作为顶部浮栅；最后将电极分别转移到与介电层的上表面接触的第一MoS2层和第二MoTe2层的上表面，得到预处理件；
[0016]S2：将预处理件进行退火处理，得到一种近理想线性响应的双浮栅光电二极管。
[0017]进一步地，所述介电层的材料为hBN；所述电极的材料为Au；
[0018]S1：分别将hBN晶体材料、MoTe2晶体材料和MoS2晶体材料采用机械剥离法剥离至PDMS衬底上，形成hBN纳米片、MoTe2纳米片和MoS2纳米片；
[0019]随后将PDMS衬底上的hBN纳米片采用干法转移技术转移到SiO2/Si衬底的上表面，形成介电层；
[0020]随后通过显微聚焦系统分别找到SiO2/Si衬底上表面的hBN纳米片和PDMS衬底上的MoTe2纳米片，并将带有MoTe2纳米片的PDMS衬底转移至hBN纳米片的正上方，随后将带有MoTe2纳米片的PDMS衬底降低直至全部贴合在hBN纳米片的上表面，得到第一MoTe2层；
[0021]通过显微聚焦系统分别找到第一MoTe2层和PDMS衬底上的MoS2纳米片，并将带有MoS2纳米片的PDMS衬底转移至第一MoTe2层的正上方，随后将带有MoS2纳米片的PDMS衬底降低直至全部贴合在第一MoTe2层的上表面，得到第一MoS2层；
[0022]通过显微聚焦系统分别找到第一MoS2层和PDMS衬底上的MoTe2纳米片，并将带有MoTe2纳米片的PDMS衬底转移至第一MoS2层的正上方，随后将带有MoTe2纳米片的PDMS衬底降低直至全部贴合在第一MoS2层的上表面，得到第二MoTe2层；
[0023]通过显微聚焦系统分别找到第二MoTe2层和PDMS衬底上的MoS2纳米片，并将带有MoS2纳米片的PDMS衬底转移至第二MoTe2层的正上方，随后将带有MoS2纳米片的PDMS衬底降低直至全部贴合在第二MoTe2层的上表面，得到第二MoS2层；
[0024]将电极分别转移到与介电层的上表面接触的第一MoS2层和第二MoTe2层的上表面，得到预处理件；
[0025]S2：将预处理件进行退火处理，得到一种近理想线性响应的双浮栅光电二极管。
[0026]进一步地，所述退火处理是在氩气和氢气的混合气体中进行，所述退火处理的温度为200～230℃，所述退火处理的时间为30～40min。
[0027]进一步地，所述氩气和氢气的混合气体中氩气和氢气的体积比为9：1。
[0028]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0029]本专利技术公开了一种近理想线性响应的双浮栅光电二极管，从下到上包括依次设置的SiO2/Si衬底、介电层、作为底部浮栅的第一MoTe2层、作为N端的第一MoS2层、作为P端的第二MoTe2层、作为顶部浮栅的第二MoS2层和设置在表面的一对电极；所公开的结构在MoS2/MoTe2异质结的上、下两侧再形成两个II型范德华异质结构(MoS2/MoTe2和MoTe2/MoS2)，在两
侧II型异质结内建电场的作用下，更完全地耗尽了异质结导电沟道中的少子，减弱沟道中的多子与少子发生的相互作用，实现近理想的线性响应。由于顶部浮栅MoS2层的增加，更为彻底地耗尽P端的空穴，导致本光电流的线性度有所提升。解决了现有的光电二极管非线性光响应问题、存在光电探测效率低等技术问题。
[0030]本专利技术还公开了上述近本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种近理想线性响应的双浮栅光电二极管，其特征在于，包括SiO2/Si衬底(1)，所述SiO2/Si衬底(1)的上表面设置有介电层(2)；所述介电层(2)的上表面设置有作为底部浮栅的第一MoTe2层(3)；所述第一MoTe2层(3)的上表面设置有作为N端的第一MoS2层(4)；所述第一MoS2层(4)的上表面设置有作为P端的第二MoTe2层(5)；所述第二MoTe2层(5)的上表面设置有作为顶部浮栅的第二MoS2层(6)；其中，所述第一MoS2层(4)的一端与介电层(2)的表面接触，另一端设置在第一MoTe2层(3)的上表面；所述第二MoTe2层(5)的一端与介电层的表面接触，另一端与第一MoS2层(4)的上表面接触；与介电层的表面接触的第一MoS2层(4)、第二MoTe2层(5)的上表面分别设置有电极(7)。2.根据权利要求1所述的一种近理想线性响应的双浮栅光电二极管，其特征在于，所述透明二维介电层(2)的材料为hBN。3.根据权利要求2所述的一种近理想线性响应的双浮栅光电二极管，其特征在于，所述介电层(2)的厚度为14～20nm。4.根据权利要求1所述的一种近理想线性响应的双浮栅光电二极管，其特征在于，所述电极(7)的材料为金、银或钯。5.根据权利要求4所述的一种近理想线性响应的双浮栅光电二极管，其特征在于，所述电极(7)的厚度为45～50nm。6.根据权利要求1所述的一种近理想线性响应的双浮栅光电二极管，其特征在于，所述SiO2/Si衬底(1)中包含SiO2衬底和Si衬底，SiO2衬底设置在Si衬底上表面；所述SiO2衬底的厚度为280～300nm。7.权利要求1～6中所述的任意一项所述的一种近理想线性响应的双浮栅光电二极管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将介电层(2)采用干法转移技术转移转移到SiO2/Si衬底(1)的上表面；通过定点转移的方法将第一MoTe2层(3)转移到介电层(2)的上表面作为底部浮栅；随后将第一MoS2层(4)转移到第一MoTe2层(3)的上表面作为N端，其中第一MoS2层(4)的一端与介电层(2)的上表面接触，另一端与第一MoTe2层(3)的上表面接触；再将第二MoTe2层(5)转移到第一MoS2层(4)的上表面作为P端，其中第二MoTe2层(5)的一端与介电层(2)的上表面接触，另一端与第一MoS2层(4)的上表面接触；将第二MoS2层(6)转移到第二MoTe2层(5)的上表面作为顶部浮栅；最后将电极(7)分别转移到与介电层(2)的上表面接触的第一MoS2层(4)和第二MoTe2层(5...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗小光，闫雨婷，徐金鹏，程迎春，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：