[发明专利]一种基于SiC和二硒化钨异质结的光电二极管及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于SiC和二硒化钨异质结的光电二极管及其制备方法，光电二极管包括：SiC衬底层；绝缘层，设置于SiC衬底层之上；SiC窗口，贯穿绝缘层至SiC衬底层表面；若干层二硒化钨纳米片，沿SiC窗口的宽度方向层叠设置于所述SiC窗口上，所述二硒化钨纳米片的两端搭载在所述绝缘层上；第一金属电极，位于所述二硒化钨纳米片和所述绝缘层上；第二金属电极，所述第二金属电极的一端搭载在所述绝缘层上，所述第二金属电极的另一端沿所述SiC窗口的内侧壁与所述SiC衬底层接触。本发明的光电二极管具有较快的响应时间和长期稳定性，有利于提升器件的探测能力。此外，本发明的光电二极管展现出从紫外到近红外的宽光谱响应特性，可扩宽该种探测器的使用范围。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，涉及一种基于SiC和二硒化钨异质结的光电二极管及其制备方法。

背景技术

光电探测器在光通信、光谱分析、安全监测、红外成像、天文探测等领域都有广泛的应用。随着应用领域多样性的不断增长，对光电探测器能够在多波段的宽光谱范围内实现高效探测的需求日益上涨。以往在探测不同波段范围时，常常需要选择相应能带结构的半导体材料，比如，GaN、Si和InGaAs，由于禁带宽度的不同，分别被运用于紫外、可见和近红外波段探测器的制备。对于中红外甚至远红外波段，则需要开发禁带宽度更小的半导体材料。这往往会受限于材料自身能带特性，需要依据不同场合和环境进行选择和切换，这导致在器件的集成和工艺上变得复杂。因此对于宽波段响应的探测器的研发需求愈加强烈。

SiC是近年来受到广泛关注的间接带隙半导体材料，虽不适合用于制备发光器件，但其对紫外辐射有很好的响应。此外，它具有很多独特的性质，如紫外-可见光吸收、半绝缘-半导体特性、宽带隙(3.3eV)、高击穿场强(2.5MV/cm)和高热导率(2.7W/cm k)等，可用于制备高频、高压功率电子器件及紫外光电探测器。

在新型二维材料领域，过渡金属硫属化物由于独特的光学和电学性质，如可见-红外领域探测(400～1500nm)、适中的带隙大小(0.8～2eV)、高载流子迁移率(最大达到100cm²/Vs)和厚度、应变调控带隙大小以及直接-间接带隙转变等，引起电子和光电子器件研究的广泛关注。其中，二硒化钨是一种非常具有代表性的二维层状材料，结构稳定，少量的双极性半导体之一，具有优异的电学和光电性能，这使得它在场效应晶体管、光电探测器、压电传感器和光伏太阳能电池等方面具有巨大的潜在应用。

在传统异质结的制备中，由于晶格匹配和对扩展缺陷控制的需求，将不同材料组合成异质结需考虑晶格失配等问题，通常的解决办法是引入缓冲层来兼容不同晶格常数的薄膜，但这样又带来了更多不确定的因素，因此，不同体材料在器件集成上受到一定限制。近年来，利用二维材料和体材料组装设计范德瓦尔斯异质结，利用材料体系间的优势互补，为集成体材料半导体(如Si、GaN、GaAs等)提供了新的方向。由于没有晶格匹配的限制，新型二维材料与第三代半导体体材料碳化硅构成混维异质结在器件集成上发展势头迅猛，为制备可集成、高灵敏度、宽光谱探测器拓展了一条新的道路。

因此，如何制备具有低噪声、高响应、宽光谱以及易于集成的光电二极管成为了亟待解决的问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于SiC和二硒化钨异质结的光电二极管及其制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明实施例提供了一种基于SiC和二硒化钨异质结的光电二极管，包括以下步骤：

SiC衬底层；

绝缘层，设置于所述SiC衬底层之上；

SiC窗口，贯穿所述绝缘层至所述SiC衬底层表面；

若干层二硒化钨纳米片，沿所述SiC窗口的宽度方向层叠设置于所述SiC窗口上，所述二硒化钨纳米片的两端搭载在所述绝缘层上，且所述二硒化钨纳米片沿所述SiC窗口的内侧壁与所述SiC窗口内的所述SiC衬底层接触；