[发明专利]一种二维层状二硫化钼薄膜的光探测器及制备方法

说明书

本发明公开了一种二维层状二硫化钼薄膜的光探测器及制备工艺，光探测器包括从上之下依次排列的电极结构、多个层状二硫化钼薄膜以及衬底；电极结构为电极、主支、分支三部分，相邻主支之间和相邻分支之间的间距为二硫化钼薄膜的平均大小，起到并联二硫化钼薄膜、增大光敏面积的作用。二硫化钼薄膜的生长采用化学气相沉积(CVD)的方法，硅片作为衬底，MoO₃粉末作为钼源，硫粉作为硫源，通过控制钼源与衬底之间的间距、硫蒸气进入反应的时间和反应温度，制备得到大面积的层状二硫化钼薄膜。使用该方法制备层状二硫化钼薄膜，对设备要求低，实验过程简单方便、重复性高。

技术领域

本发明属于光探测器技术领域，更具体地，涉及一种二维层状二硫化钼薄膜光探测器以及制备方法。

背景技术

二维过渡金属氧族化物层状材料具有极高的电子迁移率和其他优异的光、电、机械、化学、声、力学等特性而倍受关注。二硫化钼(MoS₂)是其典型代表，其体材料与传统的硅材料相比，单层MoS₂具有更小的体积，而且介电常数更小。由于量子限域效应，单层MoS₂具有1.8eV直接带隙，对红光和近红外有极高的光吸收率和光发射效率，极高的迁移率(420m·V·s～1)和电流开关比(大于10¹⁰)。因此，新型二硫化钼是下一代纳米微电子器件(后硅时代)的首选材料之一。二硫化钼具有高载流子迁移率、高塞贝克系数、大的光电导响应、显著的激子效应和高机械强度等，优异的电学、光学及半导体特性，加上可调控的带隙，使二硫化钼在半导体光电子器件上具有宽广应用前景。二硫化钼薄膜在光传感器上有着优异的特性，最近报道的二硫化钼光探测器，最短光响应时间只有2ms，而光响应电流可以达到2570A·W^-1，探测波长范围从可见光到近红外(0.85～1.55um)，探测率达到2.2×1012Jones。

化学气相沉积法(CVD)是目前合成高质量二硫化钼薄膜的主要方法，这种方法合成的二硫化钼薄膜具有高结晶度、高电子迁移率等优点，但是这种方法制备的单层二硫化钼薄膜主要是分离的三角形结构，使得制备的光探测器由于很小的光敏面积而降低了探测率。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种二维层状二硫化钼薄膜的光探测器及其制备方法，其目的在于解决现有的二维层状二硫化钼薄膜的光探测器探测由于二硫化钼薄膜面积小而导致光探测器光敏面积小的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种二维层状二硫化钼薄膜的光探测器，包括：

依次排列的电极结构、多个层状二硫化钼薄膜以及衬底；多个层状二硫化钼薄膜平铺于衬底之上；

电极结构包括两个主电极、多个主支以及多个分支，每个主电极上连有多个主支，每个主支上连有多个分支，一个主电极、与主电极相连的多个主支以及连接至与主电极相连的多个主支的分支构成光探测器的第一极；另一个主电极、与另一个主电极相连的多个主支以及连接至与另一个主电极相连的多个主支的分支构成光探测器的第二极；

光探测器的第一极和第二极用于并联分离的多个层状二硫化钼薄膜，提高接入探测器电路的二硫化钼薄膜数量，从而增大探测器的光敏面积。

优选地，两两主支之间平行排列，两两分支之间平行排列，两个主电极平行排列，且每个分支与主电极平行。

优选地，两个主电极之间的间距为多个层状二硫化钼薄膜所覆盖区域的宽度，两个主电极长度为多个层状二硫化钼薄膜所覆盖区域的长度，两个相邻主支之间的间距和两个相邻分支之间的间距均为二硫化钼薄膜的平均边长。

优选地，电极结构为两层金属结构，且与二硫化钼薄膜接触的金属为铬Cr、钛Ti、钯Pd以及钪Sc。

按照本发明的另一方面，提供了一种二维层状二硫化钼薄膜的光探测器的制备方法，包括如下步骤：