[发明专利]基于Fe掺GaN衬底的二硫化钼光电探测器和制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料化学领域，尤其涉及的是一种基于Fe掺GaN衬底的二硫化钼光电探测器、以及其制备方法。

背景技术

二硫化钼(MoS2)薄膜作为一种新型的二维材料，在结构和性能上类似于石墨烯，均具有层状结构和高的载流子迁移率。但相较于石墨烯的零带隙而言，MoS2薄膜的带隙随着层数而改变。块状晶体MoS2的带隙为1.20eV，其电子跃迁方式间接跃迁；当厚度为单层时，MoS2的带隙可以达到1.82eV，且其电子跃迁方式转变为直接跃迁。因此，MoS2薄膜独特的结构和优异的物理性能以及可调节的能带隙使其在光电器件领域比石墨烯具有更大的应用潜力。其中，光电探测器就是其重要应用领域。

目前传统探测器主要是基于p-n结和肖特基结。对于p-n结探测器而言，当入射光被吸收后产生的载流子需要通过扩散进入耗尽区然后被耗尽区内电场分离，在此过程中由于界面缺陷等非辐射复合中心的存在不可避免的会产生大量的载流子非辐射复合而降低探测器探测效率。而对金属-半导体肖特基探测器而言，上表面形成肖特基接触的金属不可避免的会对入射光产生反射，从而降低探测效率。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种GaN带隙大且具有明显的压电特性、可以有效减小探测器中的暗电流、从而提高探测响应度的基于Fe掺GaN衬底的二硫化钼光电探测器及其制备方法。

本发明的技术方案如下：一种基于Fe掺GaN衬底的二硫化钼光电探测器的制备方法，S1：将Fe掺GaN衬底进行清洗；S2：将清洗后的Fe掺GaN衬底放入CVD设备中生长硫化钼材料，使其在Fe掺GaN衬底表面生长一MoS2薄膜层；S3：在MoS2薄膜层的表面生长一SiO₂层；S4：在MoS2薄膜层上制备两Au欧姆接触电极，使其分别为二硫化钼光电探测器件的源极和漏极，并在MoS2薄膜层上制备一肖特基接触电极，使其为二硫化钼光电探测器件的栅极。

应用于上述技术方案，所述的制备方法中，步骤S1中，Fe掺GaN衬底的清洗步骤顺序包括：S11：在丙酮超声清洗，其超声频率为45～50KHz；S12：在乙醇超声清洗，超声频率为50～55KHz；S13：在去离子水烧杯中冲洗；S14：在硫酸：硝酸＝1：1体积比的混合液中80℃煮数分钟，去离子水冲洗，其中，硫酸的浓度为98％，硝酸的浓度为98％；S15：在盐酸：双氧水：水＝3：1：1体积比的混合液中轻摇数分钟，去离子水冲净；其中，盐酸的浓度为98％；S16：在氢氟酸：水＝1：20体积比的溶液中轻摇数分钟，去离子水冲净；S17：去离子水烧杯中冲洗数遍，流水冲洗。

应用于各个上述技术方案，所述的制备方法中，步骤S2中：具体为：以硫粉和99.9％分析纯的MoO₃为硫源和钼源，高纯氩气为载流气体，在Fe掺GaN衬底上沉积制备MoS2薄膜层；并且，在沉积制备MoS2薄膜层时，使其生长温度为700℃，硫源质量为0.8g，钼源质量为0.04g，压强为常压。

应用于各个上述技术方案，所述的制备方法中，步骤S2中：所述硫粉和MoO3的质量比为50:1、或30:1、或20:1，所述MoS2薄膜层的层数为单层、或双层、或三层及以上。

应用于各个上述技术方案，所述的制备方法中，步骤S3中：在MoS2薄膜层的表面生长的SiO₂层的厚度为10nm。

应用于各个上述技术方案，一种基于Fe掺GaN衬底的二硫化钼光电探测器，包括Fe掺GaN衬底、生长在Fe掺GaN衬底上的MoS2薄膜层、以及在MoS2薄膜层的表面生长的SiO₂层；其中，在MoS2薄膜层上制备有两Au欧姆接触电极，使其分别为二硫化钼光电探测器件的源极和漏极，并在MoS2薄膜层上制备一肖特基接触电极，使其为二硫化钼光电探测器件的栅极。

应用于各个上述技术方案，所述二硫化钼光电探测器中，所述SiO₂层的厚度为10nm。

应用于各个上述技术方案，所述二硫化钼光电探测器中，所述MoS2薄膜层为单层、或双层、或三层。