[发明专利]光电器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种光电器件，包括：衬底，衬底为P型重掺杂或N型重掺杂的Ge金属；绝缘层，形成在衬底一侧的部分表面上；GeSe二维材料层，自衬底的部分表面延伸至绝缘层上，GeSe二维材料层包括至少一片GeSe薄膜，配置为响应于光而产生光生载流子；电极，电极包括至少一组源极和漏极，配置为接收光生载流子；至少一组源极和漏极分别形成在每片GeSe薄膜上和衬底的与GeSe二维材料层相反的一侧上；其中，衬底与GeSe二维材料层形成二维三维异质结。本发明还公开了一种上述光电器件的制备方法。

技术领域

本发明的至少一种实施例涉及一种光电器件，尤其涉及一种具有二维三维异质结的光电器件及其制备方法。

背景技术

二维(2D)材料的面内原子是通过强的化学键相互作用的，再通过弱的范德华力相互作用堆叠成体材料，所以能够通过较强的机械力将二维材料剥离成不同的层数，而具有低对称性晶体结构的二维材料在二维平面内的两个轴向呈不同的排列方式，使得这些二维材料呈现面内各向异性，通过简单地改变平面晶向来调控物性可以被利用来开发例如偏振敏感型光电探测器件等新型器件。

基于二维材料的器件由于其独特的性质已广泛应用于光伏、半导体、电极和生物监测。同时，对硅、锗、氮化镓、铟磷、云母等传统衬底的开发已经达到了非常成熟的地步，需要打开进一步的开发空间。石墨烯、过渡金属二硫化物等新型二维材料，具有独特的光、电、磁特性和新的量子物理现象，在信息、微纳光电等方面具有潜在应用。因此，能够结合低维材料和传统衬底优势的跨维异质结构值得关注。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种具有二维三维异质结的光电器件及其制备方法，通过在异质结界面附近形成内建电场提高对宽光谱的偏振光的探测能力。

本发明提供一种光电器件，包括：衬底，衬底为P型重掺杂或N型重掺杂的Ge金属；绝缘层，形成在衬底一侧的部分表面上；GeSe二维材料层，自衬底的部分表面延伸至绝缘层上，GeSe二维材料层包括至少一片GeSe薄膜，配置为响应于光而产生光生载流子；电极，电极包括至少一组源极和漏极，配置为接收光生载流子；至少一组源极和漏极分别形成在每片GeSe薄膜上和衬底的与GeSe二维材料层相反的一侧上；其中，衬底与GeSe二维材料层形成二维三维异质结。

根据本发明的实施例，衬底的电阻率小于0.1Ω·cm^-1；

根据本发明的实施例，绝缘层为氧化硅或氧化铝。

根据本发明的实施例，GeSe薄膜由具有面内各向异性的GeSe单晶形成；GeSe二维材料层的Ge与Se的摩尔比为1:1。

根据本发明的实施例，GeSe二维材料层的厚度为20～100nm。

根据本发明的实施例，源极和漏极的材料为金；源极的厚度为30～60nm；漏极的厚度为30～60nm。

本发明还提供一种上述的光电器件的制备方法，包括：在衬底的一侧形成绝缘层；刻蚀绝缘层，以露出衬底的部分表面；将至少一片GeSe薄膜转移到衬底的部分表面上；其中，至少一片GeSe薄膜自衬底的部分表面延伸至绝缘层上；在至少一片GeSe薄膜上形成源极；在衬底的另一侧形成与每个源极对应的漏极。

根据本发明的实施例，利用原子层沉积技术或离子束溅射技术在衬底的一侧形成绝缘层；利用光刻技术和感应耦合等离子体刻蚀技术刻蚀绝缘层以露出衬底的部分表面。

根据本发明的实施例，采用机械剥离GeSe晶体得到GeSe薄膜。

根据本发明的实施例，利用干法转移将至少一片GeSe薄膜转移到衬底的部分表面上。