[发明专利]光电传感器及其制备方法、图像传感器中的应用

说明书

本公开涉及了一种光电传感器及其制备方法、图像传感器中的应用。一种光电传感器包括：衬底；绝缘层，设置于衬底上；探测及成像层，设置于绝缘层上；至少一组源电极和漏电极，设置于探测及成像层上并一个延伸方向上依次设置，源电极和漏电极延伸出探测及成像层的部分与绝缘层接触；其中，探测及成像层的导电率响应于入射的可见光发生变化。通过机械剥离在衬底上得到二维正交相磷化硅纳米带作为探测及成像层，将掩膜覆盖至二维正交相磷化硅表面并沉积源电极和漏电极，构建二维正交相磷化硅光电探测器，实现对可见光的高敏感度探测，并利用这一性质应用于光图像传感器，实现对物体的成像。

技术领域

本公开涉及光电领域，具体地，涉及一种光电传感器及其制备方法、图像传感器中的应用。

背景技术

光电探测器作为一种常见的半导体元器件被广泛地应用在航天、医疗等多个领域。目前传统的光电探测器具有非常成熟的技术，但是它们普遍具有一定的体积，且难以将体积持续大幅缩小，在现在这个向小型化、高集成度发展的半导体工艺领域受到一定的制约。

二维半导体因其具有体积小、能耗低、能带可调控以及光吸收效果好等优良性能，使其在现代纳米光子学、电子学以及各种光电器件中发挥着越来越重要的作用。由二维半导体构成的光电器件具有独特的高探测率、高响应度、低暗电流以及快速响应等优势。迄今为止，已经有大量的二维半导体材料成功地应用于各种光电器件中。

二维正交相磷化硅(o-SiP)作为二维半导体材料的一种，除了具有传统二维半导体材料的优点之外，还具有合适的禁带宽度，使其对光的响应可以覆盖整个可见光波段，并且对可见光具有很高的灵敏度。当光入射到基于二维o-SiP的光电探测器后，光激发载流子引起探测器的电导率发生变化，从而将光信号转换为电信号。通过将光暗电流再分别转化为灰度值，就可以进一步将电信号转化为图像，从而实现在可见光背景下的高清晰度成像。二维正交相磷化硅拥有二维材料的表面无悬挂键、体积小等优点，载流子在二维材料内的扩散时间较短，使得光电探测器响应速度较高并且易于组装，可应用于射线测量、光度计量等需要使用高敏感度可见光探测器的领域。同时，由于二维正交相磷化硅具有低暗电流和高开关比等特点，在减小体积的同时也能保持良好的性能。

发明内容

有鉴于此，本公开提供了一种光电传感器及其制备方法、图像传感器中的应用，以解决上述以及其他方面的至少一种技术问题。

为了实现上述目的，本公开的一个方面，提供了一种光电传感器包括：衬底；绝缘层，设置于衬底上；探测及成像层，设置于绝缘层上；至少一组源电极和漏电极，设置于探测及成像层上并一个延伸方向上依次设置，源电极和漏电极延伸出探测及成像层的部分与绝缘层接触；其中，探测及成像层的导电率响应于入射的可见光发生变化。

根据本公开的实施例，通过测试电路板向源电极和漏电极施加偏置电压的情况下，响应于入射的可见光，探测及成像层的光电流与暗电流的比值可达到10⁴量级，当光电流与暗电流数值转化成灰度值时，实现可见光条件下对物体进行成像。

根据本公开的实施例，探测及成像层选用二维层状正交相磷化硅半导体材料。

根据本公开的实施例，探测及成像层材料是通过机械剥离的方式从正交相磷化硅块体材料中剥离得到，优选地，机械剥离的方式包括胶带剥离。

根据本公开的实施例，源电极和漏电极由Au制成。

本公开的另一个方面，提供了一种光电传感器的制备方法，包括：S1：准备一具有绝缘层(11)的衬底；S2：将磷化硅通过机械剥离至绝缘层上，形成探测及成像层；S3：将长条形导电带覆盖在探测及成像层上作为掩膜；S4：在具有掩膜的探测及成像层上制备至少一组源电极和漏电极；S5：将衬底、绝缘层、探测及成像层以及源电极和漏电极整体进行封装，得到光电传感器。