【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光电传感器材料，具体涉及一种基于二维沟道的氧化铪基超薄光电晶体管。
技术介绍
1、自从2004年石墨烯问世以来，二维材料便以其独特的理化性能受到广泛关注，其具有强烈的光与物质相互作用，在光电探测领域展现出广阔的前景，新的器件结构层出不穷。以二硫化钼(mos2)为代表的过渡金属硫化物只具有原子层级厚度，有利于器件的小型化，且易受外场调控；同时其禁带宽度具有厚度依赖性，从体材料到单层可以实现间接带隙到直接带隙的变化，有利于实现高效的宽带光电探测；并且层间以范德华力相结合，表面没有悬挂键，能够任意角度堆叠，结构灵活，有广阔的性能调控潜力。当前基于二维材料的光电器件已得到深入研究，实现了高灵敏度、快速响应的可见光探测。但器件往往需要施加高栅压调控沟道载流子浓度，不仅暗电流抑制效果较差，而且栅极源极之间容易发生泄漏，并产生较高的功耗；此外，二维光电器件多采用机械剥离的方法制备，其厚度和尺寸不可控，也无法应用于大规模阵列的制备，这些均成为限制二维光电器件发展的重要阻碍。
2、目前，制备二维光电器件多采用聚偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物(p(vdf-trfe))、锆钛酸铅(pzt)等，然而这些常见的商用有机铁电薄膜需在百纳米厚度达到最优铁电性能，无法实现在室温下高响应度、低功耗、快响应速度的同时还能同步实现高集成，其厚度和尺寸无法实现进一步优化，因此，如何制备出超薄的场效应光电晶体管对于可见光传感器领域具有重要意义，成为亟待解决的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在
2、为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种基于二维沟道的氧化铪基超薄光电晶体管，光电晶体管自下而上依次包括：
4、衬底；
5、覆盖所述衬底的氧化铪基铁电背栅介质层，其中，所述氧化铪基铁电背栅介质层采用铝掺杂氧化铪铁电薄膜；
6、以及设于所述氧化铪基铁电背栅介质层两端的源漏复合电极金属层和设于所述氧化铪基铁电背栅介质层表面的二维半导体沟道。
7、进一步地，所述衬底为p型掺杂的硅衬底，其晶向为<100>±0.5°，所述衬底的厚度为500±15μm，所述衬底的氧化层厚度为300±30nm。
8、进一步地，所述铝掺杂氧化铪铁电薄膜采用原子层沉积法制备得到。
9、进一步地，所述铝掺杂氧化铪铁电薄膜的铝元素掺杂浓度为7mol％。
10、进一步地，所述铝掺杂氧化铪铁电薄膜的厚度为10nm。
11、进一步地，所述铝掺杂氧化铪铁电薄膜的剩余极化场代替外施栅极电压作用在二维半导体沟道上，构筑形成浮栅结构。
12、进一步地，所述铝掺杂氧化铪铁电薄膜调制为向上极化或向下极化状态。
13、进一步地，所述二维半导体沟道采用单层二硫化钼。
14、进一步地，所述二维半导体沟道采用常压化学气相沉积法制备得到。
15、进一步地，所述源漏复合电极金属层采用ti/au复合电极，其中，ti的厚度为5nm，au的厚度为40nm。
16、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
17、本专利技术设计了一种基于二维沟道的氧化铪基超薄光电晶体管，通过采用铝掺杂氧化铪铁电薄膜作为器件的介质层，相较于目前常用的有机铁电薄膜需在百纳米厚度达到最优铁电性能，铝掺杂氧化铪铁电薄膜在10nm的厚度便能保持较高的剩余极化强度，并且与互补金属氧化物二维半导体有良好的兼容性，能够有效降低器件尺寸，实现超薄光电探测器，同时也为可穿戴柔性传感奠定了基础。当场效应光电晶体管撤去栅极电压后，铝掺杂氧化铪铁电薄膜的剩余极化场将持续稳定作用在二维沟道上，构筑浮栅结构，利用静电场效应调控沟道特性，抑制器件暗电流，降低器件功耗，实现器件的高集成，有助于突破摩尔定律的极限。本专利技术所述的基于二维沟道的氧化铪基超薄光电晶体管能够满足室温下高响应度、低功耗、快响应速度、高集成等优点，有利于实现大规模、高集成化微纳传感阵列的量产。
18、进一步地，所述铝掺杂氧化铪铁电薄膜通过原子层沉积法制备出厚度为10nm的al:hfo2新型高性能纳米铁电薄膜，相较于需要百纳米厚度才显示铁电性能的p(vdf-trfe)、pzt等商用有机铁电薄膜，al:hfo2在10nm的厚度即能保持较高的剩余极化强度，其作为栅介质材料将有效降低器件功耗、提高器件集成度、满足柔性可穿戴的应用需求。
19、进一步地，所述铝掺杂氧化铪铁电薄膜的剩余极化场代替外施栅极电压作用在二维半导体沟道上，构筑形成浮栅结构，所述铝掺杂氧化铪铁电薄膜调制为向上极化或向下极化状态。本专利技术针对背栅结构的铁电介质层，在栅极和源极之间施加周期性双极性脉冲调控al:hfo2铁电薄膜的剩余极化特性，因此，器件测试时无需外施栅压，通过al:hfo2铁电薄膜的剩余极化调控沟道输运特性及金属-半导体接触势垒，使器件被调制为向上极化或向下极化状态，超薄铁电背栅介质层将起浮栅作用，调控二维沟道载流子输运特性，相较于施加恒定栅压以提高光电开关比的传统场效应光电晶体管，浮栅能有效抑制器件暗电流和栅源泄漏，提升光电响应灵敏度，降低器件功耗，实现高灵敏度、快响应速度、低功耗的超薄可见光传感器件，为实现新型智能感知的商业化应用奠定了基础。
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1.一种基于二维沟道的氧化铪基超薄光电晶体管，其特征在于，光电晶体管自下而上依次包括：
2.根据权利要求1所述的基于二维沟道的氧化铪基超薄光电晶体管，其特征在于，所述衬底(1)为P型掺杂的硅衬底，其晶向为<100>±0.5°，所述衬底(1)的厚度为500±15μm，所述衬底(1)的氧化层厚度为300±30nm。
3.根据权利要求1所述的基于二维沟道的氧化铪基超薄光电晶体管，其特征在于，所述铝掺杂氧化铪铁电薄膜采用原子层沉积法制备得到。
4.根据权利要求1所述的基于二维沟道的氧化铪基超薄光电晶体管，其特征在于，所述铝掺杂氧化铪铁电薄膜的铝元素掺杂浓度为7mol％。
5.根据权利要求1所述的基于二维沟道的氧化铪基超薄光电晶体管，其特征在于，所述铝掺杂氧化铪铁电薄膜的厚度为10nm。
6.根据权利要求1所述的基于二维沟道的氧化铪基超薄光电晶体管，其特征在于，所述铝掺杂氧化铪铁电薄膜的剩余极化场代替外施栅极电压作用在二维半导体沟道(5)上，构筑形成浮栅结构。
7.根据权利要求1所述的基于二维沟道的氧化铪基
8.根据权利要求1所述的基于二维沟道的氧化铪基超薄光电晶体管，其特征在于，所述二维半导体沟道(5)采用单层二硫化钼。
9.根据权利要求1所述的基于二维沟道的氧化铪基超薄光电晶体管，其特征在于，所述二维半导体沟道(5)采用常压化学气相沉积法制备得到。
10.根据权利要求1所述的基于二维沟道的氧化铪基超薄光电晶体管，其特征在于，所述源漏复合电极金属层采用Ti/Au复合电极，其中，Ti的厚度为5nm，Au的厚度为40nm。
...【技术特征摘要】
1.一种基于二维沟道的氧化铪基超薄光电晶体管，其特征在于，光电晶体管自下而上依次包括：
2.根据权利要求1所述的基于二维沟道的氧化铪基超薄光电晶体管，其特征在于，所述衬底(1)为p型掺杂的硅衬底，其晶向为<100>±0.5°，所述衬底(1)的厚度为500±15μm，所述衬底(1)的氧化层厚度为300±30nm。
3.根据权利要求1所述的基于二维沟道的氧化铪基超薄光电晶体管，其特征在于，所述铝掺杂氧化铪铁电薄膜采用原子层沉积法制备得到。
4.根据权利要求1所述的基于二维沟道的氧化铪基超薄光电晶体管，其特征在于，所述铝掺杂氧化铪铁电薄膜的铝元素掺杂浓度为7mol％。
5.根据权利要求1所述的基于二维沟道的氧化铪基超薄光电晶体管，其特征在于，所述铝掺杂氧化铪铁电薄膜的厚度为10nm。
6.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：孟国栋，折俊艺，余浩，刘鑫，成永红，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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