一种基于制造技术

本发明专利技术提供一种基于

【技术实现步骤摘要】
一种基于PtSe2的PIN光电探测器及制备流程


[0001]本专利技术涉及一种光电探测器
。

技术介绍

[0002]光电探测器是一种广泛应用的光电设备，能将光信号转换成电信号，广泛应用于视频成像
、
光通信
、
夜景
、
遥感
、
生物医学成像等领域
。
成功从石墨中剥离石墨烯后，超薄二维纳米材料已经引起越来越多人的密切关注
。
[0003]二维材料能够成为光电探测器主要材料的原因有3点：
[0004](1)
层与层之间通过弱的范德华力相互作用，性能与层数之间有着非常大的依赖关系
。
[0005](2)
材料种类繁多，带隙分布较广，且二维层状材料表面没有任何悬挂键，因此范德华相互作用允许不同材料的叠加且没有晶格失配的问题，容易形成异质结结构，层层叠加的异质结量子阱器件能够利用每种材料的理想特性，极大地拓宽光电响应范围
。
[0006](3)
一些不稳定的二维材料如黑磷
(BP)、
硒化铟
(InSe)
等，例如对于薄层
(10
层以内
)BP
在刚暴露于空气中时，其性能是不稳定的，对氧气
、
水
、
电介质等都非常敏感，表面会迅速被氧化从而导致性能退化
。
而对于
10
层以上的该类样品，当与空气接触一段时间后，其表面不仅能够在空气中形成自然氧化层，且该钝化层能够隔绝底层样品与空气中的氧气和水的再接触反应，提高稳定性，同时也能够与底层样品形成一种异质结结构，调控光吸收强度，从而调控器件的光电性能
。
[0007]尽管二维材料的
PN
结构光电探测器在许多方面都有优势，但也存在一些缺点和挑战
。
由于
PN
结构中的电子和空穴需要进行扩散和漂移，受到电荷传输的限制，造成二维材料的
PN
结构光电探测器响应速度较低
。
同时在
PN
结界面，电子和空穴可能会发生复合，特别是在高电场区域，载流子的复合可能会更为显著，使得
PN
结构光电探测器有较低的光电转换效率
。

技术实现思路

[0008]本专利技术提供一种基于
PtSe2的
PIN
光电探测器，其目的是解决现有技术的缺点，提高光电探测器的光电转换效率，使之更高的响应度
。
[0009]本专利技术还提供基于
PtSe2的
PIN
光电探测器的制备流程
。
[0010]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0011]一种基于
PtSe2的
PIN
光电探测器，其特征在于：
[0012]其结构包括下部掺砷的
N
‑
Si
片，中部
I
‑
Si
本征层，上部化学气相沉积法制备的
P
‑
PtSe2二维材料层，
I
‑
Si
本征层与
P
‑
PtSe2二维材料层之间为
SiO2绝缘层，
N
‑
Si
片背面具有电极，
P
‑
PtSe2二维材料层顶面具有顶部电极
。
[0013]P
‑
PtSe2二维材料层为化学气相沉积法制备的
PtSe2薄膜，厚度为1‑
100nm
，
I
‑
Si
本征层为外延本征硅，厚度为
0.5
‑
50
μ
m
，掺杂浓度为：
10
12
‑
10
18
cm3，
N
‑
Si
片为掺砷的
Si
衬底，厚
度
100
‑
725
μ
m
，
SiO2绝缘层是热氧化的
SiO2薄膜，厚度约为
50
‑
1000nm。
[0014]基于
PtSe2
的
PIN
光电探测器的制备流程为：
[0015]首先使用
HF
溶液将
SiO2绝缘层刻蚀出一个尺寸为
0.1
‑
10mm
的入射光窗口，然后将制备好的
PtSe2薄膜湿法转移至刻蚀窗口区域，刻蚀的窗口被
PtSe2薄膜全覆盖，最后在
N
‑
Si
片背面采用磁控溅射沉积
300nm Al
制备电极，采用热蒸发系统蒸镀
50nm Au
制备顶部电极
。
[0016]本专利技术的有益之处在于：
[0017]本专利技术所采用的技术方案是在
PN
异质结光电探测器的基础上，绝缘层和
N
衬底之间外延一层约
4.9
μ
m
的本征
Si
的
I
层
。
引入
I
层增大了
PN
结间的距离，加长了耗尽区宽度，结电容变小，有助于拓宽光电转换的有效工作区域，可以在
P
区和
N
区之间形成能带势垒，从而有效地分离电子和空穴，减少电子与空穴的复合，这有助于提高器件的光电转换效率
。
同时电子和空穴可以在
I
层中快速传输，减少了电子和空穴的扩散时间，从而提高器件的响应度
。
附图说明
[0018]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明
。
[0019]图1为本专利技术的基于
PtSe2的
PIN
光电探测器结构图；
[0020]图2为现有技术的基于
PtSe2的
PN
异质结光电探测器结构图；
[0021]图3为制备的
PtSe2薄膜的转移特性曲线图；
[0022]图4为
PtSe2薄膜的原子力显微镜图
(AFM)
；
[0023]图5为本专利技术的
PIN
光电探测器与
PN
光电探测器在
1310nm
下激光下的响应度随入射光功率变化的曲线图；
[0024]图6为本专利技术的
PIN
光电探测器与
PN
光电探测器在
1550nm
下激光下的响应度随入射光功率变化的曲线图
。
具体实施方式
[0025]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于
PtSe2的
PIN
光电探测器，其特征在于：其结构包括下部掺砷的
N
‑
Si
片
(2)
，中部
I
‑
Si
本征层
(3)
，上部化学气相沉积法制备的
P
‑
PtSe2二维材料层
(5)
，
I
‑
Si
本征层
(3)
与
P
‑
PtSe2二维材料层
(5)
之间为
SiO2绝缘层
(4)
，
N
‑
Si
片
(2)
背面具有电极
(1)
，
P
‑
PtSe2二维材料层
(5)
顶面具有顶部电极
(6)。2.
如权利要求1所述的一种基于
PtSe2的
PIN
光电探测器，其特征在于：
P
‑
PtSe2二维材料层
(5)
为化学气相沉积法制备的
PtSe2薄膜，厚度为1‑
100nm
，
I
‑
Si
本征层
(3)
为外延本征硅，厚...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯少颖，徐晓佳，季天，刘滨，
申请(专利权)人：闽南师范大学，
类型：发明
国别省市：