[发明专利]一种基于二碲化钼/二硫化钼异质结的SiC基光电探测器及其制备方法和应用

说明书

本发明属于紫外‑可见‑红外光探测技术领域，公开了一种基于二碲化钼/二硫化钼异质结的SiC基光电探测器及其制备方法和应用。该光电探测器的结构为n⁺SiC/n^‑SiC/MoS₂/MoTe₂异质结/对称电极；是先将MoS₂纳米片和MoTe₂纳米片部分重叠，构建垂直MoS₂/MoTe₂异质结，再将其转移至清洗后的n⁺SiC/n^‑SiC衬底上，分别在异质结区域外的MoTe₂纳米片与MoS₂纳米片上蒸镀对称电极，保护气氛下在150～250℃退火制得。本发明的SiC基光电探测器具有明显的整流行为，极低的暗电流，并在250～1550nm宽谱波段具有优异的光响应性能，拓宽了SiC基光电探测器的应用范围。

技术领域

本发明属于紫外-可见-红外光探测技术领域，更具体地，涉及一种基于二碲化钼/二硫化钼异质结的SiC基光电探测器及其制备方法和应用。

背景技术

碳化硅(SiC)是第三代宽禁带半导体材料，由于禁带宽度大、导热性能好、电子饱和漂移速度高以及化学稳定性优等特点，成为了制备新一代电子电力器件及固态紫外探测器等器件的优选材料，在半导体照明、电力电子器件以及光电探测器等领域有着广阔的应用前景。在光电探测领域，SiC基光电探测器的响应峰值波长在260～280nm之间，正好落在240～280nm的“日盲”波段内。因此SiC基光电探测器几乎对自然光“免疫”，使它在合适光照下可以作为半导体充当器件的外延感光层，并且对探测紫外光时不需要像硅基探测器那样加装复杂而昂贵的滤光片，从而具备了得天独厚的优势。然而，这也使得SiC基光电探测器在紫外- 可见-红外光领域涉足较少，没有完全发挥出SiC基光电探测器在耐高温耐高压和宽谱探测的潜力。

自石墨烯被发现以来，具有独特光电特性的二维材料引起了广泛的关注。其中，过渡金属硫属化物由于其独特的物理、光学特性，使其在光电子、催化、储能和生物医学具有广泛的应用前景。例如，由于量子限域效应，MoS₂是一种多层为间接带隙(1.2eV)而单层是直接带隙(1.8eV)的二维半导体。因此单层 MoS₂在可见光区域有很强的光-物质相互作用，可以用于光伏和光催化领域，但是MoS₂在响应速度过慢以及探测范围较窄限制了其在宽谱探测方面的应用。可知半导体相2H-MoTe₂的带隙范围在0.83-1.1eV之间，明显比MoS₂要小，因此 2H-MoTe₂可以实现较明显的近红外光探测，但是MoTe₂在红外光响应度较低以及暗电流较大不利于其在光电探测方面的应用。

幸运的是，由于二维材料表面呈化学惰性、无需考虑晶格匹配以及层间弱范德华作用力的优势，使其可以随机组装和堆叠成多层范德华异质结，其中type-II 型交错能带排列可以有效促进光生载流子的分离，是范德华异质结光电探测器领域普遍使用的策略，而上述MoTe₂与MoS₂堆叠可以实现type-II型能带排列，除了带内激发和复合以外，大量光生载流子可以在带阶和带间进行传输和跃迁，从而有望实现优异的可见-红外光快速探测。而具有紫外响应的SiC衬底的引入还可以提高该结构的紫外探测性能，并保持较低的暗电流，然而目前仍没有报道有关二维材料异质结结合SiC衬底光电探测器的报道。

发明内容