[发明专利]基于二维各向异性材料的片上光探测器及其制造方法

说明书

本公开提供了一种基于二维各向异性材料的片上光探测器及其制造方法，片上光探测器自下而上包括：重掺杂电极、薄层绝缘层、二维薄层材料和两个金属电极；二维薄层材料嵌设在薄层绝缘层和两个金属电极间；二维薄层材料为具有低面内对称性的二维材料。本公开光探测器使用的是全新的二维材料，由于材料本身的各向异性等特点，使得光探测器可以探测多角度的线偏振光，应用范围更加广泛，从根本上改变了探测器的性质。

技术领域

本公开涉及光电探测器的制作领域，尤其涉及一种基于二维各向异性材料的片上光探测器及其制造方法。

背景技术

2014年，曼彻斯特大学的Novoselov和Geim用机械剥离法从石墨中分离出了单层石墨烯，单层的石墨烯相比于其体材料具有更加优良的力学、热学和电学性能，并且在纳米电子学、能源、功能材料等方面都具有广阔的应用前景。自此，二维石墨烯迅速成为科研人员研究的热点，也激发了人们对二维材料领域的研究热情。通过人们不断探索，多种类石墨烯的二维材料(如：过渡金属双硫族化合物，氮化硼等)相继被制备出来。二维材料相比与其母体材料表现出更多新奇的物理化学性质，在未来的电子、信息、能源等领域具有巨大的应用潜力。

光电探测器的原理是利用光照引起具有光电效应的材料及异质结产生额外的光生载流子，进而被人们探测到。光电探测器在军事和国民经济的各个领域有广泛用途。在可见紫外波段和可见波段主要应用于太阳能电池、工业自动控制；近红外波段主要用于射线测量和探测、光度计量；在红外波段主要用于导弹制导、红外热成像、红外遥感等方面。将二维材料应用到光探测器中可以提高探测器的光强敏感度，减少探测器的响应时间，拓展探测光范围等。将拥有面内各向异性的二维材料应用到光探测器中，可以制备出角度敏感的偏振光探测器。然而由于材料本身性能的限制，偏振光探测器的种类少，光敏感性较弱，器件响应速度较慢，各向异性不强等缺点。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种基于二维各向异性材料的片上光探测器及其制造方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种基于二维各向异性材料的片上光探测器包括：重掺杂电极、形成于重掺杂电极上的薄层绝缘层、形成于薄层绝缘层上的二维薄层材料和两个金属电极；所述二维薄层材料嵌设在所述薄层绝缘层和两个金属电极间；所述二维薄层材料为具有各向异性的二维材料。

在本公开一些具体实施例中，所述的低面内对称性的二维材料为二维GeAs材料。

在本公开一些具体实施例中，所述重掺杂电极为p型或n型的重掺杂硅衬底，作为所述片上光探测器的栅电极层；所述薄层绝缘层为200nm-400nm的二氧化硅，作为所述片上光探测器的栅介质层；所述两个金属电极分别为Ti/Au中任一个，作为所述片上光探测器的源电极层/漏电极层；所述Ti金属电极层的厚度为所述Au金属电极层的厚度为

在本公开一些具体实施例中，所述片上光探测器的探测范围为紫外波段至中红外波段。

根据本公开的另一个方面，提供了一种基于二维各向异性材料的片上光探测器的制造方法包括：步骤S1：通过化学气相输运法，在1000摄氏度以上的环境中生长二维薄层材料；步骤S2：重掺杂电极为p型或n型的重掺杂硅衬底，通过氧化工艺，氧化重掺杂硅衬底300nm厚的表层，形成薄层绝缘层；步骤S3：通过二维材料转移的方法，将少层的二维薄层材料转移到步骤S2的薄层绝缘层上；步骤S4：在步骤S3的二维薄层材料上制作两个金属电极。

在本公开一些具体实施例中，还包括步骤S5：用不同波长的圆偏振光及线偏振光做入射光源，探测器件在光照下的电流变化，确定光探测器的性能。

在本公开一些具体实施例中，所述步骤S1中，二维薄层材料生长前升温的温度梯度小于10℃/cm。