本發明涉及光柵型同質結光電探測器,具體涉及一種基于光柵型結構驗證界面對光電探測器影響的方法。
背景技術:
1、二維材料是指厚度僅有一個原子或幾個原子的材料,具有超薄、柔韌、透明等特點,代表性的材料有石墨烯、磷化鉬等。隨著研究的深入,二維材料的制備技術得到了不斷改進和拓展,包括機械剝離、化學氣相沉積、溶液剝離、化學還原等方法,為大規模制備提供了可能。
2、二維材料在光學、電子、能源等領域展現出了巨大的應用潛力,尤其在光電探測器方面取得了重要突破。光電探測器是一種能夠將光信號轉換為電信號的器件,廣泛應用于通信、醫療、安防等領域。傳統的光電探測器基于硅或iii-v族材料制備,尺寸大、制備工藝復雜、成本高等缺點限制了其應用范圍。而二維材料具有優良的光電性能、高度柔韌性和可調控性等特點,使其成為光電探測器研究的熱點。二維材料在光電探測器中的應用可大大提高器件的靈敏度和響應速度。由于二維材料的單層結構,能夠實現光信號的快速傳輸和高效轉換。二維材料還能夠實現光電探測器的寬波段響應。由于二維材料具有寬帶隙和調制電荷輸運性質,可實現從紫外到紅外范圍內的全波段探測。這種優異的光響應范圍使得二維材料光電探測器在多種光譜范圍內均能夠實現高效的探測,具有廣泛的應用前景。此外,二維材料還具有出色的穩定性和可靠性。由于其單層結構,二維材料在光電探測器中可實現器件尺寸的微小化和靈活性的增強。
3、在對二維材料進行研究的過程中,研究人員通過對于二維材料進行表面工程的調控,以實現對二維材料的特性進行可控的改變,其中通過在化學氣相沉積時改變前驅體比例、激光輻照、離子插入、合金化、溫度調控、施加壓力、施加電場等方法可以實現二維材料相的可控調節。二維材料相變特性受到了廣泛關注,研究人員在過渡金屬硫屬化合物、二維貴金屬納米片、其他主族金屬硫族化合物、硒化銦(inse)、mxene、金屬氧化物、鈣鈦礦、gst等其他二維材料都發現了其相變特性。
4、通過對于二維材料進行相變,可以實現接觸電阻、載流子遷移率等特性變化。光電探測器性能與光吸收率、電荷載流效率、暗電流等特性密切相關,因此通過相變對于光電探測器性能提升應用上得到了廣泛關注。研究人員通過對二維材料構筑同質結,對與電極接觸處的二維材料進行相變,已經證實相應時間變短,可以實現光電探測器性能的提升。然而,在對材料進行相變的過程中,除了相變帶來的接觸電阻減少和載流子遷移率上升帶來的光電性能提升外,也有著對于相變帶來界面影響其光電性能的質疑。這樣的界面存在會極大影響光電探測器性能,從而限制其在光電子領域的應用。尤其,同質結界面對光電探測器的影響并沒有人探究。
技術實現思路
1、本發明要解決的技術問題是提供一種基于光柵型結構驗證界面對光電探測器影響的方法,通過測量不同節數的光柵型同質結光電探測器的響應時間,通過響應時間的不同驗證界面對同質結光電探測器的影響。
2、為了解決上述技術問題,本發明一方面提供了一種基于光柵型結構驗證界面對光電探測器影響的方法,包括如下步驟:
3、s1、構建不同節數的光柵型同質結光電探測器;
4、s2、通過光電測試系統測量不同節數的所述光柵型同質結光電探測器的響應時間,通過響應時間的不同驗證界面對同質結光電探測器的影響。
5、本發明通過構建不同節數的光柵型同質結光電探測器,并表征光電探測器的響應時間,通過響應時間驗證相鄰節數之間的界面對光電探測器的影響,為其應用提供有效的數據支撐。
6、進一步的,所述光柵型同質結光電探測器的制備方法,包括如下步驟:
7、(1)將貼合在襯底上的二維半導體材料薄層刻蝕為長條形;
8、(2)通過等離子體對長條形的二維半導體材料薄層進行相變,得到光柵型同質結;
9、(3)在所述光柵型同質結的兩端蒸鍍金電極,得到光柵型同質結光電探測器。
10、本發明通過等離子體進行相變處理,構建光柵型異相同質結,工藝簡單、普適性高,可重復性強,且同質結穩定性強;二維半導體材料薄層內部層與層之間通過范德瓦爾斯力進行結合,容易實現電荷的轉移,器件的電特性更為優異;將二維半導體材料薄層刻蝕為條形,方便數據對比,控制變量,且在需要大規模器件集成排列時,方便排列,具有集成優勢。
11、進一步的,所述二維半導體材料為二碲化鉬(mote2)、二硫化鉬(mos2)、二硫化鎢(ws2)、碲化鈮(nbte4)中的一種或幾種。
12、進一步的,所述二維半導體材料薄層的厚度為60-80nm,穩定性強。
13、進一步的,所述相變的數量為2以上。
14、進一步的,所述光柵型同質結與所述金電極的接觸區在相變區域內。
15、進一步的,所述相變所用氣體為氧氣和/或氫氣。
16、進一步的,所述二維半導體材料薄層通過機械剝離法制得,并通過pdms轉移法轉移到襯底上,操作簡單,重復性強,容易實現大面積、多器件的集成。
17、進一步的,所述襯底為硅基襯底。
18、進一步的,步驟(1)中所述刻蝕具體為:在襯底及二維半導體材料薄層上旋涂一層光刻膠,在光刻機中曝光,立即浸入顯影液中顯影,顯影后放置于等離子體中將二維半導體材料薄層刻蝕為長條形,清洗后得到長條形的二維半導體材料波層,刻蝕所用氣體為sf6。
19、進一步的,步驟(2)中所述相變具體為:在襯底及長條形二維半導體材料薄層上旋涂光刻膠,在光刻機中將待相變區曝光,立即浸入顯影液中顯影,顯影后放置于等離子體中,抽真空至10-3pa,打開氣閥通入o2,當壓強達到5pa時,打開等離子體,功率為200w,處理3min,腔體內壓強保持在5pa左右,進行等距離相變,相變后清洗,得到光柵型同質結,根據需要選擇相變區域的數量,相變區與非相變的寬度一致。
20、進一步的,步驟(3)中所述蒸鍍金電極具體為:在襯底及光柵型同質結上旋涂光刻膠,在光刻機中將電極區曝光,立即浸入顯影液中顯影,在蒸鍍機中蒸鍍金(au)電極,隨后靜置在丙酮中,泡去光刻膠和多余的au,清洗后,得到光柵型同質結光電探測器。
21、本發明第二方面提供一種光柵型同質結光電探測器,所述光柵型同質結為通過等離子體進行等距離相變處理得到的光柵型異相同質結,所述相變區位于光柵型同質結的兩端及中部。
22、本發明第三方面提供第二方面所述的光柵型同質結光電探測器在保密存儲、柔性可穿戴感存技術領域中的應用。
23、本發明的有益效果:
24、本發明通過構建不同節數的光柵型同質結光電探測器,并表征光電探測器的響應時間,通過響應時間驗證相鄰節數之間的界面對光電探測器的影響,驗證方法簡單,說服力強;界面對光電探測器影響的研究,為構建基于光柵型同質結結構的非易失存儲器提供有效數據支撐,有利于推動二維材料在微納領域和半導體行業的發展。
25、本發明通過等離子體進行相變處理,構建光柵型異相同質結,工藝簡單、普適性高,可重復性強,且同質結穩定性強;二維半導體材料薄層內部層與層之間通過范德瓦爾斯力進行結合,容易實現電荷的轉移,器件的電特性更為優異。
26、本發明將二維半導體材料薄層刻蝕為條形,方便數據對比,控制變量,且在需要大規模器件集成排列時,方便排列,具有集成優勢。
27、本發明在二維半導體材料與電極接觸處進行相變,有效降低接觸電阻。