[发明专利]一种基于二硒化钨和IEICO-4F的异质结结构及光电探测器、及其制备

说明书

本发明公开了一种基于二硒化钨和IEICO‑4F的异质结结构及光电探测器、及其制备，通过化学气相沉积法在硅衬底上合成单层二硒化钨薄膜，再通过旋涂工艺在二硒化钨薄膜上制备出IEICO‑4F层。该异质结能带呈II型(交错)排列，有利于快速分离因入射光所生成的光生载流子而形成光电流，且随着有机半导体层厚度增加，二硒化钨的光致发光峰显著淬灭，器件表现出更加优异的光响应特性。该异质结及其光电探测器的制备方法简单、成本低、兼容硅工艺。由该异质结结构组成的光电探测器具有高响应率、高探测率、高稳定性、宽光谱响应等优异特性，这为新一代基于二硒化钨的光电探测器提供新的指导意义。

技术领域

本发明涉及异质结、基于异质结的光电探测器技术领域，具体涉及一种基于二硒化钨和IEICO-4F(2,2′-((2Z,2′Z)-(((4,4,9,9-tetrakis(4-hexylphenyl)-4,9-dihydros- indaceno[1,2-b:5,6-b′]dithiophene-2,7-diyl)bis(4-((2-ethylhexyl)oxy)thiophene-5,2-di yl))bis(methanylylidene))bis(5,6-difluoro-3-oxo-2,3-dihydro-1H-indene-2,1-diylidene ))dimalononitrile)的异质结结构及光电探测器、及其制备。

背景技术

光电探测器(PDs)作为一种重要的信息感知器件，已成为现代小型化电子工业中的关键部件，在科研、国防和民用等领域有广泛的应用前景。光电探测器的研究和应用在极大程度上促进了社会的进步和发展。基于传统半导体材料如Si、 Ge、In Ga As、In Sb、HgCd Te和II型超晶格等的光电探测器已广泛应用于紫外、可见、近红外到远红外等光谱范围。近年来，人工智能、物联网等领域的兴起，对光电信息感知器件的功能提出了更高的要求。然而，传统半导体材料由于其带隙限制、材料刚性以及晶格失配导致不同材料工艺不兼容等因素，难以满足下一代高灵敏、多波段可调控、硅基集成、轻量低成本的智能感知器件的需要。二维材料由于同时具有以下特性：(1)原子级厚度，其载流子浓度、导电类型等特性极易被调控；(2)强的光与物质相互作用特性；(3)柔性可弯曲；(4)表面无悬挂键，易于通过人工堆叠的方法构建各种功能异质结构，已成为下一代电子、光电子器件的候选材料之一。

过渡金属硫族化合物(TMDCs)是具有广泛应用前景的材料，其具有较大的比表面积、卓越的电化学性能，以及良好的灵活性，保证多功能性。材料性能根据过渡金属和硫属元素两种元素的大小和电荷差异而不同。与其他二维过渡金属硫族化合物相比，硒基材料具有较高的导电性使离子在电极间快速传输。

作为一种新兴的10族过渡金属硫族化合物的二维材料，二硒化钨(WSe₂)材料有着可广泛的带隙可调、高载流子迁移率等优异性能等二维材料共有的特点；同时，WSe₂还拥有着自己独特的优秀特性，WSe₂材料具有二维层状结构，该结构赋予其具有比容量高、结构稳定、易集成等优点，与通常稳定相的WS₂相比，稳定相的WSe₂有更高的电荷转移率，成为光电探测器应用的一类新材料。另外，薄膜合成工艺也比较成熟，包括机械剥离法、化学气相沉积法(CVD)、热辅助转化法(TAC)、分子束外延法(MBE)和化学气相传输法(CVT)等。

因WSe₂具有优异的光电特性以及简单的制备，目前有许多基于WSe₂构建的光电探测器结构的报道(Tan H.L等，《ACS Nano》，2017年11卷，12817–12823)，但存在着响应率不高、可探测波长范围小等问题。

发明内容

针对本领域存在的不足之处，本发明提供了一种IEICO-4F/二硒化钨/硅异质结结构和基于该异质结结构的光电探测器。由该结构组成的光电探测器具有高响应率、高探测率、低暗电流、高稳定性、宽光谱响应等优异特性，这为新一代光电探测器铺平了道路。本发明采用如下技术方案：