[发明专利]二维金属硫属化合物复合异质结的近红外探测器及其制备

说明书

本发明属于图像传感器技术领域，公开了一种二维金属硫属化合物复合异质结的近红外探测器及其制备，该近红外探测器自下而上包括衬底、功能层及电极层，其中，所述功能层为二维金属硫属化合物基材料，在平行于表面的横向方向以及垂直于表面的纵向方向均存在异质结；所述电极层包括独立设置的源电极和漏电极。本发明通过设计基于二维金属硫属化合物的横向‑纵向复合异质结，相应得到的近红外探测器可以有效抑制暗电流、促进光生载流子的分离、丰富载流子传输路径，从而大幅提高近红外探测器的探测性能。

技术领域

本发明属于图像传感器技术领域，更具体地，涉及一种二维金属硫属化合物复合异质结的近红外探测器及其制备，该二维金属硫属化合物复合异质结的近红外探测器具体是基于二维金属硫属化合物横向-纵向复合异质结的近红外探测器。

背景技术

红外辐射是波长介于可见波和微波之间的一种电磁波，人眼无法察觉。而红外探测器是红外探测系统中的核心元件，是将入射的红外辐射能转变成其他形式能量的转换器。红外探测技术已广泛应用于军事、气象、医学、交通、工业等领域。目前红外探测器主流材料体系为碲镉汞材料体系，其具有可调节的带隙宽度和很高的量子效率。但在外延生长过程中碲镉汞容易出现组分偏析，很难实现大规模面阵探测器的量产化，且该探测器最佳工作温度为60-80K，随着工作温度的提高，器件性能急剧衰减，大面积缺陷的存在也会对器件性能带来严重的损害。因此制备方法简单、易于规模化，且在近室温环境具有高灵敏度探测能力的红外探测器的需求变得越来越紧迫。

新兴的二维金属硫属化合物具有强的光-物质相互作用、随厚度可调的光学带隙、高载流子迁移率和强光吸收等优异特性，是高性能光电探测器的重要候选材料。与单一的二维金属硫属化合物不同，二维金属硫属化合物相关异质结形成后，在界面势垒和内建电场的帮助下可以抑制器件暗电流，有效地分离光生载流子。现有的诸多研究成果往往是通过异质结能带匹配以及能带调控来改善异质结光电性能，少有关注到二维材料异质结结区的结构特点。从结构上划分，异质结可分为横向异质结与纵向异质结，横向异质结具有较宽的耗尽层，从而产生较大的内建电场，有效提升光电探测器的灵敏度，但其结区面积较小，产生的光生载流子数目有限，而纵向异质结具有较大的结区面积，但其耗尽层宽度较小，内建电场强度不够，异质结层间的载流子输运受限。对于目前广泛使用的二维金属硫属化合物异质结构而言，其在近红外探测领域仍然难以实现高灵敏度探测。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种二维金属硫属化合物复合异质结的近红外探测器及其制备，其中通过设计基于二维金属硫属化合物的横向-纵向复合异质结，相应得到的近红外探测器可以有效抑制暗电流、促进光生载流子的分离、丰富载流子传输路径，从而大幅提高近红外探测器的探测性能。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于二维金属硫属化合物横向-纵向复合异质结的近红外探测器，其特征在于，自下而上包括衬底、功能层及电极层，其中，所述功能层为二维金属硫属化合物基材料，在平行于表面的横向方向以及垂直于表面的纵向方向均存在异质结；所述电极层包括独立设置的源电极和漏电极。

作为本发明的进一步优选，所述功能层中的二维金属硫属化合物基材料同时包括二维金属硫属化合物与二维金属硫属化合物的氧化产物，两者接触形成异质结；其中，所述二维金属硫属化合物为二维金属硫化合物、二维金属硒化合物或二维金属碲化合物；

所述二维金属硫属化合物的氧化产物为金属氧化物、金属硫氧化物、金属硒氧化物或金属碲氧化物。

作为本发明的进一步优选，所述二维金属硫属化合物的氧化产物是通过氧反应离子刻蚀、氧等离子体或臭氧等离子体对二维金属硫属化合物进行区域选择性处理得到。

作为本发明的进一步优选，所述近红外探测器包括位于同一衬底上的多个探测单元，每个探测单元在平行于表面的横向方向以及垂直于表面的纵向方向均存在异质结，并且每个探测单元均具有一对源电极和漏电极；