[发明专利]基于硒化钯薄膜/硅锥包裹结构异质结的宽波段高性能光电探测器及其制作方法

说明书

本发明公开了基于硒化钯薄膜/硅锥包裹结构异质结的宽波段高性能光电探测器及其制备方法，是先在具有氧化硅层的n型轻掺硅片上刻蚀出硅锥结构，再在硅锥结构外包裹PdSe₂薄膜，从而使二者形成异质结。本发明的光电探测器，器件制备过程简单、性能稳定、性能良好，为过渡族金属硒化物材料在光电探测器中的应用开拓了新的前景。

技术领域

本发明属于半导体光电探测器领域，具体涉及一种基于硒化钯薄膜/硅锥包裹结构异质结的宽波段高性能光电探测器及其制作方法。

背景技术

光电探测器因为可以将光信号转换成为电信号输出而被广泛应用在光学通讯、成像、生物传感中。近年来随着石墨烯的出现，掀起了广泛的研究热潮，因其较高的电子迁移率而被应用于光电探测器中，但其无带隙、较低的吸光度以及高昂的制备成本，限制了石墨烯的进一步应用。随后出现了黑鳞，又被称为磷烯，它有较窄的带隙以及相对较高的电子迁移率，被用于红外器件的研究，但磷烯存在致命的缺陷—稳定性差。越来越多的研究者将目光转向亟待开发的过渡族金属硫属化物，过渡族硫属化物结合了石墨烯和黑磷的优异性质，其拥有相对较高的电子迁移率和合适的带隙，同时其带隙随厚度不同而变化。如MoS₂的电子迁移率达到500cm²V^-1s^-1，有较宽的光吸收光谱，单层的MoS₂具有1.8eV的直接带隙，随着厚度的增加，由直接带隙变为间接带隙，并且减小为1.3eV，同时还具备很好的稳定性。同样PtSe₂和PdSe₂的出现也引起了大家的关注，其具有较高的电子迁移率，带隙随厚度不同而变化，并且也具有较高的稳定性。

硅具有优良的加工工艺，刻蚀简单、尺寸形貌可控。通过碱法刻蚀能够获得较为致密均匀尺寸较小的金字塔状硅锥，硅锥具有较大的吸光面积，同时硅锥的小尺寸产生的限光效应，可以提高器件的光电性能。

发明内容

本发明的目的在于构建基于硒化钯薄膜/硅锥包裹结构异质结的宽波段高性能光电探测器，以期可以利用硅锥的小尺寸产生的限光效应，同时结合二维PdSe₂薄膜自身高的导电表面态的特点，使所制备的光电探测器在紫外-可见-近红外光范围内响应灵敏。

本发明解决技术问题，采用如下技术方案：

基于硒化钯薄膜/硅锥包裹结构异质结的宽波段高性能光电探测器，其特点在于：以具有具有氧化硅层的n型轻掺硅片为基底；在所述基底的第一区域通过酸法刻蚀掉上部氧化硅，形成一个露出下部硅的窗口，再通过碱法刻蚀将窗口内的硅刻为硅锥结构；在所述基底的第二区域通过先蒸镀金属钯薄膜、再对金属钯薄膜进行硒化的方法，形成有PdSe₂薄膜；所述第二区域与所述第一区域有重合区域；在所述基底的下表面设置有与硅锥结构形成欧姆接触的第一电极，在非重合区域的所述PdSe₂薄膜上设置与PdSe₂薄膜形成欧姆接触的第二电极；在所述重合区域内，所述PdSe₂薄膜包裹所述硅锥结构，形成异质结。

进一步地，所述PdSe₂薄膜的厚度在20-40nm之间。

进一步地，所述第一电极为In-Ga合金电极、Ti电极或Ag电极，所述第一电极的厚度为100nm-300nm。

进一步地，所述第二电极为Au电极或Pt电极，所述第二电极的厚度为50nm-100nm。

所述宽波段高性能光电探测器的制作方法，包括如下步骤：

A、将具有氧化硅层的n型轻掺硅片依次用丙酮、酒精、去离子水超声清洗后吹干，作为基底备用；

B、通过光刻的方式，在基底上形成一个作为第一区域的窗口，窗口外被光刻胶覆盖；然后将基底放入配置好的BOE溶液中，刻蚀5分钟后取出，立即使用去离子水冲洗3～5次，窗口中的氧化硅全部去除，露出硅，最后再使用丙酮冲洗去除光刻胶；