[发明专利]一种MSM光电探测器及其制作方法

说明书

本发明公开了一种MSM光电探测器及其制作方法，该MSM光电探测器包括衬底以及设置在衬底上的二维半导体材料薄片和两个金属电极，所述二维半导体材料薄片的厚度均匀且具有不对称的几何结构，所述两个金属电极相对地设置在二维半导体材料薄片的两个边缘上，且两个金属电极与二维半导体材料薄片的接触长度不同。本发明的MSM光电探测器具有自驱动的功能、较低的探测极限以及较高可靠性，而且本探测器结构优良，制作工艺简单，生产成本低，可广泛应用于半导体行业中。

技术领域

本发明涉及半导体器件及制造领域，特别是涉及一种不对称结构的MSM光电探测器及其制作方法。

背景技术

光电探测器是一类重要的光电传感器，在工业、国防、医学以及日常生活中有着广泛的应用。在我们的日常生活与研究中出现的大量光电探测器中，每种光电探测器都必须针对特定应用场合的要求。在过去的几年中，新兴的二维层状材料给光电探测器的研究指出了新的方向。不同的二维材料通常具有不同的带隙，因此几乎涵盖了目前所有不能通过传统的半导体材料来实现探测的波长范围。二维材料每一层的光吸收比传统材料硅高出一个数量级，因此利用很薄的二维材料就可以得到较大的光学吸收实现有效的光电探测器。此外，二维材料光电探测器与当前半导体制造工艺兼容，使其具有替代传统光电探测器的潜力。

早期的基于二维材料的光电探测器使用了具有不同二维材料(如石墨烯，MoS₂，WSe₂等)作为沟道、硅衬底作为背栅场效应晶体管的结构。石墨烯光电探测器虽然在红外区域具有高响应度的优点，但是石墨烯的零带隙能带结构带来的较大暗电流限制了石墨烯光电探测器的探测能力。另一方面，由于金属电极和半导体材料之间的肖特基势垒较大，基于过渡金属二硫族化合物(TMD)和黑磷等二维半导体材料实现的光电探测器具有低暗电流的优点，不过这类探测器需要电源提供偏置才能产生光电流。对于许多应用环境，如无线传感器网络的室外环境感应、可穿戴医疗监控等，不可能为每个设备提供电源或者无法频繁替换电源，因此只有自驱动或超低功率光电检测器才能满足这些类型的应用。

目前技术中，已经提出了各种器件结构来实现自驱动光电探测器。由于光伏效应，PN结是最受关注的一种，它可以在没有外部偏压的情况下获得一定光电流，而且暗电流比较小。现有技术采用一些化学物质通过高温处理来进行二维材料的掺杂，或者通过基于不同二维半导体材料的异质结来制造含有PN结的光电探测器，但是，这两种技术均存在制作工艺复杂、无法大批量制作等问题，因此总的来说，目前光电探测器存在的可靠性低、成本高、暗电流高以及无法自驱动的问题，仍然无法解决。

名词解释：

MSM：全称metal-semiconductor-metal，金属-半导体-金属。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种MSM光电探测器及其制作方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种MSM光电探测器，包括衬底以及设置在衬底上的二维半导体材料薄片和两个金属电极，所述二维半导体材料薄片的厚度均匀且具有不对称的几何结构，所述两个金属电极相对地设置在二维半导体材料薄片的两个边缘上，且两个金属电极与二维半导体材料薄片的接触长度不同。

进一步，所述衬底采用的材料为SiO₂、Si、玻璃、GaN或SiC。

进一步，所述二维半导体材料薄片采用过渡金属二硫化物半导体材料或单元素半导体材料，所述过渡金属二硫化物半导体材料包括MoS₂、WSe₂、MoSe₂和/或WS₂，所述单元素半导体材料包括石墨烯、黑磷和/或硅烯。

进一步，所述两个金属电极采用相同的金属材料构成，且所述两个金属电极与半导体材料薄片之间的接触处形成肖特基势垒。