[发明专利]一种异质结红外光电传感器及其制备方法

说明书

本公开提供了一种异质结红外光电传感器及其制备方法，采用基于Cu/SnSe/Ge/In‑Ga的异质结的光电传感器；将SnSe/Ge的异质结作为光吸收活性层，在SnSe/Ge的异质结的界面处形成电场；将Cu的微栅格结构作为顶电极，与SnSe的晶体薄膜形成欧姆接触；将In‑Ga合金或In的晶体薄膜作为底电极，与Ge的晶体基片形成欧姆接触。在红外光的照射下实现红外光学信号到电学信号的转换，实现对红外光的快速识别，同时，能够感知微弱的光信号，解决目前红外传感器件普遍存在的较小光电流和较大暗电流的难题，进而提高了红外传感器识别的灵敏度和探测度。

技术领域

本公开属于光电材料与器件技术领域，具体涉及一种异质结红外光电传感器及其制备方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

传感器是物联网技术的最底层和最前沿，是实现自动检测和自动控制的首要环节，对物联网产业的发展具有十分重要的意义。因此，伴随智能识别、移动互联等新兴“感知技术”的浪潮，红外传感器产业也迎来了巨大的发展契机，市场需求规模迅速扩大。但是，目前市面上的红外传感器普遍存在灵敏度低、响应时间长、体积大，以及需要外部供电等弊端，难以满足便携式、低能耗、移动互联等一系列新兴领域的技术要求。在此背景下，设计研发一种基于红外光子能量的异质结光电传感器显得格外的重要。

二维半导体范德华异质结因其诸多的新特性，在电子、光电子器件领域具有广阔的应用前景，引起了人们的广泛关注。二维范德华异质结能够展现出超越两种材料的性能，且通过微弱的范德华力组合在一起，因此在材料类型和晶格结构的选择上更具灵活性，能够避免界面悬挂键对光生载流子的严重复合效应。二维范德华异质结可以在其界面处形成一个稳健的内建势垒，使光激发载流子能够有效分离，并缩短其内部渡越时间，从而大大提升异质结外部光电流的输出，在构建高性能光电子器件方面具有重要的应用价值，并成为自驱动、高灵敏度红外光电传感器研究的新热点。

据发明人了解，高性能红外光电传感器的制备，紧密依赖于具有较高载流子迁移率与较大光吸收系数的活性层材料。二元SnSe作为IV-VI族P型半导体，通常呈现层状斜方结构，被认为是一种性能优异的二维光电功能材料，其空穴浓度在10¹⁶～10¹⁸cm^-3范围内，且在近红外波段具有较大的光吸收系数，因此是制备红外光电传感器的潜在材料。此外，单晶锗作为一种间接带隙半导体材料，不仅具有较宽的光吸收谱范围，而且具有较高的载流子迁移率，是制备多种光电子器件的理想材料。目前已报道的基于单一材料的光导型红外光电传感器件，普遍具有较大的暗电流及较小的光电流，导致器件的探测度与响应度不高，严重限制了弱光及具有较小光子能量的红外光的传感应用；然而，P型SnSe和N型Ge由于其界面上多数载流子的转移行为，可以形成性能优良的p-n结，有利于提高器件在红外光照射下的光生载流子分离能力。

因此，如何基于二维SnSe/Ge异质结制备一种高性能的红外感知光电传感器来解决目前红外传感器普遍存在的问题，对红外传感产业的发展具有重要的现实意义。

发明内容

为了解决上述问题，本公开提出了一种异质结红外光电传感器及其制备方法，在红外光的照射下实现红外光学信号到电学信号的转换，实现对红外光的快速识别，同时，能够感知微弱的光信号，解决目前红外传感器件普遍存在的较小光电流和较大暗电流的难题，进而提高了红外传感器识别的灵敏度和探测度。

根据一些实施例，本公开的第一方案提供了一种异质结红外光电传感器，采用如下技术方案：

一种异质结红外光电传感器，采用基于Cu/SnSe/Ge/In-Ga的异质结的光电传感器；将SnSe/Ge的异质结作为光吸收活性层，在SnSe/Ge的异质结的界面处形成电场；将Cu的微栅格结构作为顶电极，与SnSe的晶体薄膜形成欧姆接触；将In-Ga合金或In的晶体薄膜作为底电极，与Ge的晶体基片形成欧姆接触。