CuOx/WSe2异质结光电探测器及其制备方法技术

技术编号：40708228 阅读：2 留言：0更新日期：2024-03-22 11:08

本发明专利技术提供了一种CuO<subgt;x</subgt;/WSe<subgt;2</subgt;异质结光电探测器及其制备方法，涉及光电探测器的技术领域，该光电探测器的异质结包括纵向混合维度的CuO<subgt;x</subgt;/WSe<subgt;2</subgt;异质结；其中，x的取值范围为0.5～1；该异质结的CuO<subgt;x</subgt;的颗粒尺寸在10nm以下。本发明专利技术通过引入亚10nm尺寸具有大量铜空位的CuO<subgt;x</subgt;颗粒，从而提高p型WSe<subgt;2</subgt;的光电晶体管的光响应性能，在365nm～810nm的近红外到紫外波段，在不同的栅压下，能够使光响应度、比探测率以及外部量子效率得到较大提升，达到了在带来较大增益效果的同时却没有增加光电晶体管的响应时间的技术效果，实现了保持快速响应下的高增益光探测。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光电探测器的，尤其是涉及一种cuox/wse2异质结光电探测器及其制备方法。

技术介绍

1、过渡金属二硫族化合物材料(tmdcs)具有可见到红外范围的带隙和高载流子迁移率，同时具有超高比表面积，所以在光电探测、光通信以及光计算领域具有很广阔的应用前景；但受到其本身超薄特性的限制，tmdcs的吸光度有限且极易饱和，其本征的光响应往往限制在较低的水平内，其最佳的光响应往往发生在带隙值附近，响应范围较窄。

2、目前，虽然已经利用包括构建异质pn结、局域掺杂、贵金属表面等离激元共振或构建微纳光学腔等多种方法对tmdcs的光响应能力进行提升，但是其实现成本往往较高且很难进行大规模推广；同时，tmdcs光电晶体管在响应度和响应速度之间存在权衡，其中一个参数的提高往往意味着另一个参数的下降；并且在单一器件中也很难做到对较宽波长分布的光源产生宽频带响应。以上方法目前大多被用于研究n型tmdcs材料如ws2、mos2和mose2等的光响应特性，而对于p型tmdcs材料如wse2和mote2等，目前的研究还比较少，因此具有很大的潜力。

3、有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

1、本专利技术的目的之一在于提供一种cuox/wse2异质结光电探测器，光响应性能出色。

2、本专利技术的目的之二在于提供一种cuox/wse2异质结光电探测器的制备方法，不会牺牲比探测率和响应速度，同时成本较低、工艺简单，适合工业化生产。

3、为了实现本专利技

4、第一方面，一种cuox/wse2异质结光电探测器，所述异质结包括纵向混合维度的cuox/wse2异质结；

5、其中，x的取值范围为0.5～1；

6、所述异质结的cuox的颗粒最大尺寸不超过10nm；

7、所述光电探测器的金属电极包括pd。

8、进一步的，所述异质结的cuox的颗粒尺寸在4～8nm之间。

9、第二方面，一种上述任一项所述的异质结光电探测器的制备方法，包括以下步骤：

10、(a)先将wse2薄膜转移到目标基底上，再将pd金属电极置于wse2表面进行光电晶体管的构建，得到具有金属触点的wse2光电晶体管；

11、(b)将cu颗粒沉积到wse2光电晶体管的沟道表面，之后进行原位氧化以形成纵向混合维度的cuox/wse2异质结，得到所述异质结光电探测器。

12、进一步的，步骤(a)中，所述wse2薄膜的制备方式包括机械剥离和cvd生长中的至少一种。

13、进一步的，所述wse2薄膜转移到目标基底的方式包括干法转移；

14、优选地，所述目标基底包括sio2/si。

15、进一步的，所述wse2薄膜转移到目标基底之后还包括进行真空退火的步骤；

16、优选地，所述光电晶体管在构建之后还包括将光电晶体管进行真空退火的步骤。

17、进一步的，所述光电晶体管的构建方法包括范德华转移和光刻后直接沉积中的至少一种。

18、进一步的，步骤(b)中，所述cu颗粒沉积的方式包括电子束蒸镀、磁控溅射、热蒸镀等物理气相沉积中的至少一种。

19、进一步的，所述cu颗粒沉积的真空度为10-4pa～10-3pa；

20、优选地，所述cu颗粒沉积的速度为不超过0.02nm/s；

21、优选地，所述cu颗粒沉积的标称厚度为不超过4nm。

22、进一步的，步骤(b)中，所述原位氧化的气体氛围包括空气气氛。

23、进一步的，所述原位氧化的温度为200℃～250℃，原位氧化的时间为15min～20min；

24、优选地，所述原位氧化的湿度条件为15％～60％。

25、与现有技术相比，本专利技术至少具有如下有益效果；

26、本专利技术提供的cuox/wse2异质结光电探测器，采用的是纵向混合维度的cuox/wse2异质结，通过引入亚10nm尺寸具有大量铜空位的cuox颗粒，有效提高了p型wse2的光电晶体管的光响应性能；具有金属电极(例如pd)触点的p型wse2的光电晶体管在引入了cuox颗粒之后，在365nm～810nm的近红外到紫外波段，在不同的栅压下，其光响应度、比探测率和外部量子效率均得到较大提高；本专利技术在带来较大增益效果的同时却没有增加光电晶体管的响应时间，实现了保持快速响应下的高增益光探测效果。

27、本专利技术提供的异质结光电探测器的制备方法，将cu纳米颗粒沉积到wse2表面，并通过原位氧化形成纵向混合维度cuox/wse2异质结，从而提高p型wse2的光电晶体管的光响应性能，不仅能够同时提高wse2光电晶体管的光响应度、比探测率和外部量子效率等性能，而且方法简单、重复性高，具有可大规模生产的潜力；由此可见，本专利技术的制备方法不仅能够有效提高器件的光响应性能，同时不会牺牲比探测率和响应速度，而且成本较低、工艺简单，适合工业化生产。

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【技术保护点】

1.一种CuOx/WSe2异质结光电探测器，其特征在于，所述异质结包括纵向混合维度的CuOx/WSe2异质结；

2.一种权利要求1所述的异质结光电探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(a)中，所述WSe2薄膜的制备方式包括机械剥离和CVD生长中的至少一种。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(a)中，所述WSe2薄膜转移到目标基底的方式包括干法转移；

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述WSe2薄膜转移到目标基底之后还包括进行真空退火的步骤；

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述光电晶体管的构建方法包括范德华转移和光刻后直接沉积中的至少一种。

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(b)中，所述Cu颗粒沉积的方式包括电子束蒸镀、磁控溅射、热蒸镀等物理气相沉积中的至少一种。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述Cu颗粒沉积的真空度为10-4Pa～10-3Pa；