CN107591487B - 平面型光电探测器及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种平面型光电探测器及其制备方法，所述制备方法包括：选取衬底；在所述衬底表面制作光吸收层；在所述光吸收层表面制作电极以完成所述光电探测器的制备。本发明提供的平面型光电探测器，通过控制MoS2的厚度来调谐其能量带隙值从而降低背景噪声；可以实现增强超快的可见‑近红外宽谱响应；可以降低暗电流和背景载流子浓度。

Description

平面型光电探测器及其制备方法
技术领域
本发明涉及半导体器件设计及制造领域，特别涉及一种平面型光电探测器及其制备方法。
背景技术
目前，市场上大多数光电探测器是诸如光电二极管和太阳能电池类型的，它们可以应用于红外遥感，矿井探测，环境监测，食品检测以及远程控制等诸多领域。
用于制作光电探测器的半导体应该具有较高的光吸收系数，同时材料的载流子迁移率还应足够高才能实现良好的性能，高的光吸收系数可以保证材料在接收光源时可以产生较大的光电流，而较大的载流子迁移率也能保证较大光电流的产生。
二维材料二硫化钼和被应用于太阳能电池的有机无机杂化钙钛矿材料都是直接带隙半导体，它们在可见光到近红外波段都具有较高的光响应度，且二者禁带宽度都可调。二硫化钼材料的光电学特性与其层数或厚度有着密切关联，单原子层二硫化钼的带隙为1.8eV，多原子层二硫化钼的带隙可低至为1.2eV，因而通过控制二硫化钼的生长厚度来调控其带隙，可以在可见光至近红外波长范围工作。有机无机杂化钙钛矿材料的光电学特性与其元素组成有着密切关联，CH3NH3PbI3钙钛矿的禁带宽度为1.5eV而CH3NH3PbCl3的禁带宽度为2.2eV，因而可以通过控制钙钛矿材料的元素成分来调控其带隙，可以在可见光至近红外波长范围工作。然而二硫化钼材料较低的光吸收系数和钙钛矿材料较低的载流子迁移率和长期稳定性都限制它们在各自材料范围内的应用。
发明内容
因此，为解决现有技术存在的技术缺陷和不足，本发明提出一种平面型光电探测器及其制备方法。
本发明的实施例提供了一种平面型光电探测器的制备方法，包括：
(a)选取衬底；
(b)在所述衬底表面制作光吸收层；
(c)在所述光吸收层表面制作电极以完成所述光电探测器的制备。
在本发明的一个实施例中，所述衬底为半绝缘半透明单面抛光的蓝宝石衬底。
在本发明的一个实施例中，在步骤(b)之前还包括：
利用RCA标准清洗工艺，对所述蓝宝石衬底进行清洗处理。
在本发明的一个实施例中，步骤(b)包括：
(b1)在所述蓝宝石衬底表面生长杂化钙钛矿材料，作为第一光吸收层；
(b2)在所述第一光吸收层表面生长MoS2材料，作为第二光吸收层。
在本发明的一个实施例中，所述杂化钙钛矿材料为CH3NH3PbI3材料。
在本发明的一个实施例中，步骤(b2)包括：
利用磁控溅射工艺，在所述第一光吸收层表面生长MoS2材料,作为所述第二光吸收层。
在本发明的一个实施例中，所述磁控溅射工艺中，溅射功率为60～80W，沉积时间为0.2～0.5h。
在本发明的一个实施例中，步骤(c)包括：
(c1)利用磁控溅射工艺,在所述第二光吸收层表面生长第一金属材料；
(c2)利用磁控溅射工艺,在所述第二光吸收层表面生长第二金属材料；
(c3)在氮气和氩气的气氛下，利用快速热退火工艺，使所述第二光吸收层与所述第一金属材料、所述第二金属材料分别形成欧姆接触。
在本发明的一个实施例中，所述第一金属材料和所述第二金属材料为金、银、锡、铜、钨、钴、镍、钛、铂、钯、FTO、ITO中的任意一种材料，或者为金、银、锡、铜、钨、钴、镍、钛、铂、钯、FTO、ITO中的任意几种组成的复合材料。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.通过控制MoS2的厚度来调谐其能量带隙值从而降低背景噪声；
2.可以实现增强超快的可见-近红外宽谱响应；
3.可以降低暗电流和背景载流子浓度。
附图说明
下面将结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细的说明。
图1为本发明实施例提供的一种平面型光电探测器的制备方法流程图；
图2a-图2e为本发明实施例的一种平面型光电探测器的制备方法示意图；
图3为本发明实施例提供的一种平面型光电探测器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种平面型光电探测器的制备方法流程图，其中，所述制备方法包括：
(a)选取衬底；
(b)在所述衬底表面制作光吸收层；
(c)在所述光吸收层表面制作电极以完成所述光电探测器的制备。
优选地，所述衬底为半绝缘、半透明、单面抛光的蓝宝石衬底。
优选地，在步骤(b)之前，还包括：
利用RCA标准清洗工艺，对所述蓝宝石衬底进行清洗处理。
优选地，步骤(b)包括：
(b1)在所述蓝宝石衬底表面生长杂化钙钛矿材料，作为第一光吸收层；
(b2)在所述第一光吸收层表面生长MoS2材料，作为第二光吸收层。
进一步地地，步骤(b1)包括：
(b11)将CH3NH3I和PbI2溶于DMF溶液中，并搅拌所述DMF溶液10-12h，制成旋涂前驱体溶液；
(b12)将所述前驱体溶液旋涂到所述衬底表面；
(b13)利用退火工艺，对包括所述衬底的整个材料进行退火处理，在所述衬底表面形成CH3NH3PbI3薄膜，作为所述第一光吸收层。
其中，在步骤(b11)中，所述CH3NH3I的质量为0.415g，所述PbI2的质量为1.223g，所述DMF溶液的体积为4mL；在步骤(b13)中，所述所述杂化钙钛矿第一光吸收层的厚度为200～350nm。
优选地，步骤(b2)包括：
利用磁控溅射工艺，在所述第一光吸收层表面生长MoS2材料,作为所述第二光吸收层。
其中，所述第二光吸收层的厚度为0.5～1nm；所述磁控溅射工艺中，溅射功率为60～80W，沉积时间为0.2～0.5h。
优选地，步骤(c)包括：
(c1)利用磁控溅射工艺,在所述第二光吸收层表面生长第一金属材料；
(c2)利用磁控溅射工艺,在所述第二光吸收层表面生长第二金属材料；
(c3)在氮气和氩气的气氛下，利用快速热退火工艺，使所述第二光吸收层与所述第一金属材料、所述第二金属材料分别形成欧姆接触。
其中，所述第一金属材料与所述第二金属材料的厚度均为50～200nm；进一步地，所述第一金属材料与所述第二金属材料的厚度均为100nm可以达到最佳效果。
可选地，所述第一金属材料和所述第二金属材料为金、银、锡、铜、钨、钴、镍、钛、铂、钯、FTO、ITO中的任意一种材料，或者为金、银、锡、铜、钨、钴、镍、钛、铂、钯、FTO、ITO中的任意几种组成的复合材料；进一步地，所述第一金属材料和所述第二金属材料为金材料可以达到最佳效果。
本实施例，通过控制MoS2的厚度来调谐其能量带隙值从而降低背景噪声；采用杂化钙钛矿作为第一光吸收层、MoS2作为第二光吸收层，可以实现增强超快的可见-近红外宽谱响应。
实施例2：
请参照图2a-图2e，图2a-图2e为本发明实施例的一种平面型光电探测器的制备方法示意图，该制备方法包括如下步骤：
第1步、选取半绝缘、半透明、单面抛光的蓝宝石衬底201，如图2a所示。
第2步、将0.415g的CH3NH3I和1.223g的PbI2溶于4mL的DMF溶液；在50℃温度下，搅拌所述DMF溶液10～12h，制成旋涂前驱体溶液；将所述前驱体溶液旋涂到所述蓝宝石衬底201表面；在90℃温度下，利用退火工艺，对包括所述蓝宝石衬底201的整个材料进行退火处理，在所述蓝宝石衬底201表面形成厚度为200～350nm的CH3NH3PbI3薄膜，作为所述第一光吸收层202，如图2b所示。
第3步、在低温环境下，利用磁控溅射工艺，在所述第一光吸收层202表面生长厚度为0.5～1nm的MoS2材料,作为所述MoS2第二光吸收层203如图2c所示；其中在所述磁控溅射工艺中，溅射功率为60～80W，沉积时间为0.2～0.5h。
第4步、利用第一掩膜版，通过射频磁控溅射工艺，在所述MoS2第二光吸收层203表面沉积厚度为100nm的Ti材料作为第一电极204，如图2d所示；其中，在射频磁控溅射工艺中，工作功率为50W，真空度为5×10-4～6×10-3Pa。
第5步、利用第二掩膜版，通过射频磁控溅射工艺，在所述MoS2第二光吸收层203表面沉积厚度为100nm的Au材料作为第二电极205，如图2e所示；其中，在射频磁控溅射工艺中，工作功率为50W，真空度为5×10-4～6×10-3Pa。
实施例三
请参照图3，图3为本发明实施例提供的一种平面型光电探测器的结构示意图。该光电探测器采用上述实施例所示的制备方法形成。具体地，所述光电探测器包括：蓝宝石衬底301、杂化钙钛矿光吸收层302、MoS2光吸收层303、第一电极304以及第二电极305。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种平面型光电探测器的制备方法，其特征在于，包括：
(a)选取半绝缘半透明、单面抛光的蓝宝石衬底；
(b)在所述蓝宝石衬底表面制作光吸收层，包括：
(b1)在所述蓝宝石衬底表面生长厚度为200～350nm的杂化钙钛矿材料，作为第一光吸收层；
(b2)在所述第一光吸收层表面利用磁控溅射工艺生长厚度为0.5～1nm的MoS2材料，作为第二光吸收层；
(c)在所述第二光吸收层表面制作电极以完成所述光电探测器的制备。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(b)之前还包括：
利用RCA标准清洗工艺，对所述蓝宝石衬底进行清洗处理。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述杂化钙钛矿材料为CH3NH3PbI3、CH3NH3PbCl3及CH3NH3SnI3中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述磁控溅射工艺中，溅射功率为60～80W，沉积时间为0.2～0.5h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(c)包括：
(c1)利用磁控溅射工艺，在所述第二光吸收层表面生长第一金属材料；
(c2)利用磁控溅射工艺，在所述第二光吸收层表面生长第二金属材料；
(c3)在氮气和氩气的气氛下，利用快速热退火工艺，使所述第二光吸收层与所述第一金属材料、所述第二金属材料分别形成欧姆接触。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述第一金属材料和所述第二金属材料为金、银、锡、铜、钨、钴、镍、钛、铂、钯、FTO、ITO中的任意一种材料，或者为金、银、锡、铜、钨、钴、镍、钛、铂、钯、FTO、ITO中的任意几种组成的复合材料。
7.一种平面型光电探测器，其特征在于，包括：蓝宝石衬底、杂化钙钛矿光吸收层、MoS2光吸收层、第一电极及第二电极；其中，所述平面型光电探测器由权利要求1～6任一项所述的方法制备形成。
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