[发明专利]一种异质结光电探测器及其制备方法

说明书

本发明给出了一种使用不同类黑磷材料的不同双层堆垛结构来制备新型光电探测器的方法，该光电探测器包括衬底、下电极、双层GeS‑AB堆垛(GeS‑AB)、双层旋转SnS‑AD堆垛(tSnS‑AD)、上电极。本发明使用的双层GeS‑AB堆垛和双层旋转SnS‑AD堆垛能购成Ⅱ型半导体异质结，这里的GeS‑AB为受体材料，而tSnS‑AD为给体材料；且SnS材料和GeS材料在空气相对稳定，不容易和氧气发生反应；我们选用了特殊的电极材料，减小了接触电阻，有效的提升了器件的性能。

技术领域

本发明涉及一种用不同类黑磷的不同堆垛结构实现半导体光电探测器的方法，属于半导体技术领域。

背景技术

近年以来，中国光电发展及其迅速，是继微电子产业发展之后又一大综合基础性的产业。预期2021年全球光电市场将达到7224亿美元。光电探测器是光电产业中重要的一环。光电探测器是许多设备的重要组成部分。比如在图像捕捉、光通信、激光雷达等应用中，都需要光电探测器快速将光信号转变为电学信号。目前使用较为广范的发展比较成熟的是硅光电探测器，其可以集成到CMOS技术在中，这不光降低了成本并扩大了应用的范围。但是，硅作为光吸收器件，其为间接带隙半导体，其间接带隙约为1.1eV，这限制硅光电探测器光响应范围仅在可见光和近红外光波段，并且限制了硅光电探测器的光吸收效率。人们一直在努力寻找更合适、更高效的新型半导体材料应用于激光器。

近几年来，新型半导体材料得到了长足的发展，出现了一系列的兴新二维半导体材料，如石墨烯、磷烯、MoS2等等，这些二维材料相比于传统的三维材料有着很多的优点，比如原子的厚度使得这些二维材料几乎是透明的，这使得这种二维材料可以集成到玻璃之中；又如二维材料具有良好的应变能力，可以应对很多特殊的环境。

本文中间关注了类黑磷烯材料，这些材料和磷烯类似，具有良好的光电性能，且相比于磷烯结构更加稳定。我们这里选用了2种类黑磷烯的稳定堆垛结构来制作半导体异质结，即双层旋转SnS-AD堆垛和双层GeS-AB堆垛。不同的堆垛结构有不同带隙和能级，将不同类型的堆垛组合起来可以形成不同的异质结结构，例如将双层旋转SnS-AD堆垛和GeS-AB堆垛组合起来可以形成Ⅱ型半导体异质结。这种半导体能带结构对于的电子有很好的收集作用，适合用来制作光电器件。

发明内容

1.技术问题：本发明的目的在于提供一种异质结半导体光电探测器及其制备方法，使用不同类黑磷烯的不同堆垛结构组成Ⅱ型异质结制备半导体光电探测器，提高光电探测器的效率。

2.技术方案：一种异质结半导体光电探测器，光电探测器包括衬底、下电极、双层旋转SnS-AD堆垛、双层GeS-AB堆垛、上电极，其中衬底为玻璃衬底，在玻璃衬底上层为堆叠的双层旋转SnS-AD堆垛，而双层旋转SnS-AD堆垛上堆叠着双层GeS-AB堆垛，下电极和玻璃衬底还有双层旋转SnS-AD堆垛相连接，上电极和双层GeS-AB堆垛相连接，上电极的面积大小为双层GeS-AB堆垛面积的25％。

所述的异质结半导体激光器中双层旋转SnS-AD堆垛厚度与为1nm-4nm，双层GeS-AB堆垛厚度为1nm-4nm，上电极金属电极，下电极为导电玻璃电极。

双层旋转SnS-AD堆垛和双层GeS-AB堆垛构成了一个Ⅱ型异质结；双层旋转SnS-AD堆和双层GeS-AB堆垛都为稳定的堆垛结构；双层旋转AD型SnS堆垛的第二层再相对于第一次层旋转了180°，然后第二层相当于相对第一层沿b方向移动了半个周期，而双层GeS-AB堆垛的结构的第二层相对于第一层沿着a方向移动了0.281个周期。

双层旋转SnS-AD堆垛和双层GeS-AB堆垛结构都是通过探针剥离的方法将初始结构错位得到的。

这里采用的下电极和衬底为一体化的导电玻璃。

一种所述的异质结光电探测器的制备方法，该制备方法包括如下步骤：

a.衬底和下电极的制备：光刻胶法制备衬底和下电极；