CN108565311B - 光电探测器与其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种光电探测器与其制作方法。该光电探测器包括：衬底；第一半导体层，设置在衬底的部分表面上，第一半导体层与衬底之间具有微腔，和/或相邻的第一半导体层之间具有微腔；多个介电层，一个介电层设置在第一顶半导体层的远离衬底的表面上以及第一半导体层两侧的衬底的表面上，其他的介电层设置在微腔中且位于衬底的表面上，和/或其他的介电层设置在微腔中且位于第一半导体层的表面上；多个第二半导体层，一一对应地设置在介电层的远离第一半导体层或远离衬底的表面上，第二半导体层为二维半导体材料层；第一电极，设置在衬底的表面上；两个第二电极，设置在第二顶半导体层的远离介电层的表面上。该光电探测器的响应度较大。

Description

光电探测器与其制作方法
技术领域
本申请涉及光电探测领域，具体而言，涉及一种光电探测器与其制作方法。
背景技术
金属-二维半导体材料-金属型光电探测器是二维半导体材料的光电探测器中研究最早的一种类型。二维半导体材料连接源端和漏端，起到沟道作用。该类探测器借鉴了传统的FET结构，优势是具有宽光谱响应，响应电流可通过调节门电压进行调控。
上述的金属-二维半导体材料-金属型光电探测器的工作原理：当有入射光照射到二维半导体材料的表面时，二维半导体材料中的光生载流子产生后，被金属与二维半导体材料之间的内建电场分离形成光电流。
上述的器件主要存在的技术问题是：
1、单层二维半导体材料对光的吸收率较低(2.3％)，从而严重限制了其响应度。
2、为提高二维半导体材料光探测器的响应度，研究人员将二维半导体材料与量子点结合。然而，由于其探测原理的限制，响应度的增强只发生在与量子点产生谐振的波段，即探测光谱范围极为有限。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种光电探测器与其制作方法，以提升现有技术中的由二维半导体材料类型的光电探测器的响应度。
为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种光电探测器，该光电探测器包括：衬底；至少一个第一半导体层，设置在上述衬底的部分表面上，未设置有上述第一半导体层的上述衬底的表面位于在上述第一半导体层的两侧，上述第一半导体层与上述衬底之间具有微腔，和/或相邻的上述第一半导体层之间具有微腔，与上述衬底距离最大的上述第一半导体层为第一顶半导体层；多个介电层，其中，一个上述介电层设置在上述第一顶半导体层的远离上述衬底的表面上以及上述第一半导体层两侧的上述衬底的表面上，其他的上述介电层设置在上述微腔中且位于上述衬底的表面上，和/或其他的上述介电层设置在上述微腔中且位于上述第一半导体层的表面上；多个第二半导体层，一一对应地设置在上述介电层的远离上述第一半导体层或远离上述衬底的表面上，多个上述第二半导体层中，与上述衬底距离最大的上述第二半导体层为第二顶半导体层，上述第二半导体层为二维半导体材料层；第一电极，设置在上述衬底的远离上述第一半导体层的表面上；两个第二电极，均设置在上述第二顶半导体层的远离上述介电层的表面上且相互间隔设置。
进一步地，上述光电探测器包括多个上述第一半导体层。
进一步地，上述光电探测器还包括：支撑结构，设置在上述衬底的远离上述第一电极的表面上，上述支撑结构用于支撑上述第一半导体层，且上述支撑结构与相邻的两个上述第一半导体层围成上述微腔，或者，上述支撑结构、上述衬底以及和上述衬底距离最小的上述第一半导体层围成上述微腔。
进一步地，上述光电探测器包括交替设置的多个上述支撑结构与多个上述第一半导体层，且各上述支撑结构包括在第一方向间隔设置的两个支撑部，两个上述支撑部用于分别支撑上述第一半导体层的两端，上述第一方向垂直于上述衬底的厚度方向。
进一步地，上述支撑结构与上述第一半导体层中，与上述衬底接触设置的为上述支撑结构，且上述支撑结构一一对应支撑上述第一半导体层。
进一步地，两个上述第二电极分别设置在上述第一半导体层两侧的上述第二顶半导体层的表面上。
进一步地，上述第二半导体层的材料选自MoS2、石墨烯、硅烯或锗烯。
进一步地，上述支撑结构的材料与上述第一半导体层的材料的刻蚀选择比大于100。
进一步地，上述支撑结构的材料选自锗与锗硅中的至少一种。
进一步地，上述第一半导体层的材料为硅，优选上述衬底的材料为硅。
根据本申请的另一方面，提供了一种光电探测器的制作方法，该制作方法包括：提供衬底；在上述衬底的部分表面上设置至少一个第一半导体层，使得上述第一半导体层与上述衬底之间具有微腔，和/或相邻的上述第一半导体层之间具有微腔，与上述衬底距离最大的上述第一半导体层为第一顶半导体层，且未设置有上述第一半导体层的上述衬底的表面位于在上述第一半导体层的两侧；设置多个介电层，其中一个上述介电层设置在上述第一顶半导体层的远离上述衬底的表面上以及上述第一半导体层两侧的上述衬底的表面上，其他的上述介电层设置在上述微腔中且位于上述衬底的表面上，和/或其他的上述介电层设置在上述微腔中且位于上述第一半导体层的表面上；在上述介电层的远离上述第一半导体层或远离上述衬底的表面上一一对应地设置第二半导体层，多个上述第二半导体层中，与上述衬底距离最大的上述第二半导体层为第二顶半导体层，上述第二半导体层为二维半导体材料层；在上述衬底的远离上述第一半导体层的表面上设置第一电极；在上述第二顶半导体层的远离上述介电层的表面上设置两个相互隔离的第二电极。
进一步地，在上述衬底上设置多个间隔的上述第一半导体层，使得上述第一半导体层与上述衬底以及相邻的上述第一半导体层之间均具有上述微腔，或者上述第一半导体层与相邻的上述第一半导体层之间具有上述微腔。
进一步地，在上述衬底上设置上述第一半导体层，并形成上述微腔的过程包括：在上述衬底的表面上交替设置多个支撑层与多个上述第一半导体层；去除各上述支撑层的中间区域，各上述支撑层中剩余的部分形成支撑结构，上述支撑结构用于支撑上述第一半导体层，上述支撑结构包括两个支撑部，分别位于上述中间区域的两侧，且上述支撑结构与相邻的两个上述第一半导体层围成上述微腔，或者，上述支撑结构、上述衬底以及和上述衬底距离最小的上述第一半导体层围成上述微腔。
进一步地，在上述衬底的表面上交替设置多个上述支撑层与多个上述第一半导体层的过程中，首先设置的是上述支撑层，最后设置的是上述第一顶半导体层。
进一步地，设置上述第二电极的过程包括：在上述第一半导体层两侧的上述第二顶半导体层的上分别设置一个上述第二电极。
应用本申请的技术方案，该光电探测器为场效应管型光电探测器，第一半导体层相当于栅，第二半导体层相当于沟道层，该结构中通过形成微腔，大大增加了第二半导体层的层数，进而增加了其面积，从而提高了二维半导体材料层对光的吸收率，进而大大提高了该光电探测器的响应度。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本申请的一种光电探测器的结构示意图；以及
图2至图7示出了图1的光电探测器在的制作过程的结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
1、第一电极；2、衬底；3、第一半导体层；31、第一顶半导体层；4、介电层；5、第二半导体层；51、第二顶半导体层；6、支撑结构；7、第二电极；8、微腔；60、支撑层；61、支撑部。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
应该理解的是，当元件(诸如层、膜、区域、或衬底)描述为在另一元件“上”时，该元件可直接在该另一元件上，或者也可存在中间元件。而且，在说明书以及下面的权利要求书中，当描述有元件“连接”至另一元件时，该元件可“直接连接”至该另一元件，或者通过第三元件“电连接”至该另一元件。
正如背景技术所介绍的，现有技术中的二维半导体材料形成的光电探测器的响应度较小，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种光电探测器与其制作方法。
本申请的一种典型的实施方式中，提供了一种光电探测器，如图1所示，该光电探测器包括：衬底2、至少一个第一半导体层3、多个介电层4、多个第二半导体层5、第一电极1以及两个第二电极7。
其中，第一半导体层3设置在上述衬底2的部分表面上，未设置有上述第一半导体层3的上述衬底2的表面位于在上述第一半导体层3的两侧，上述第一半导体层3与上述衬底2之间具有微腔8，和/或相邻的上述第一半导体层3之间具有微腔8。具体包括以下几种情况：该光电探测器只包括一个第一半导体层，该第一半导体层与衬底之间具有微腔；该光电探测器包括多个第一半导体层，第一半导体层与衬底之间具有微腔且相邻的第一半导体层之间也具有微腔；该光电探测器包括多个第一半导体层，仅相邻的第一半导体层之间具有微腔。
并且，与上述衬底2距离最大的上述第一半导体层3为第一顶半导体层31。当该光电探测器包括一个第一半导体层时，该第一半导体层就是第一顶半导体层，当该光电探测器包括多个第一半导体层时，多个第一半导体层中，与上述衬底2距离最大的上述第一半导体层3为第一顶半导体层31。
多个介电层4中，一个上述介电层4设置在上述第一顶半导体层31的远离上述衬底2的表面上以及上述第一半导体层3两侧的上述衬底2的表面上。其他的上述介电层4设置在上述微腔8中且位于上述衬底2的表面上，和/或其他的上述介电层4设置在上述微腔8中且位于上述第一半导体层3的表面上。即其他的介电层的设置包括以下几种情况：第一种，如图1所示，一个介电层设置在微腔中且位于衬底的表面上，剩下的介电层设置在上述微腔8中且位于上述第一半导体层3的表面上，具体地，可以设置在第一半导体层的一个表面上，也可以设置在第一半导体层的两个表面上，图1中示出的介电层设置在第一半导体层的两个表面上；第二种，介电层不设置在衬底的表面上，即其他的介电层均设置在第一半导体层的表面上并位于上述微腔中，具体地，可以设置在第一半导体层的一个表面上或者两个表面上。
第二半导体层5一一对应地设置在上述介电层4的远离上述第一半导体层3或远离上述衬底2的表面上，多个上述第二半导体层5中，与上述衬底2距离最大的上述第二半导体层5为第二顶半导体层51，上述第二半导体层5为二维半导体材料层。
第一电极1，设置在上述衬底2的远离上述第一半导体层3的表面上，作为栅极。
两个第二电极7，均设置在上述第二顶半导体层51的远离上述介电层4的表面上且相互间隔设置，其中一个作为源极，另一个作为漏极。
该光电探测器为场效应管型光电探测器，第一半导体层相当于栅，第二半导体层相当于沟道层，该结构中通过形成微腔，大大增加了第二半导体层的层数，进而增加了其面积，从而提高了二维半导体材料层对光的吸收率，进而大大提高了该光电探测器的响应度。
本申请的一种实施例中，上述光电探测器包括一个上述第一半导体层3，该第一半导体层也称为第一顶半导体层，上述第一半导体层3与上述衬底2之间具有上述微腔8。多个介电层中的一个设置在第一顶半导体层的远离微腔的表面上，剩余的介电层设置在微腔中，可以设置在第一半导体层的表面上和/或设置在衬底的表面上。当剩余的介电层为一个时，则该介电层设置在第一半导体层的表面上或者衬底的表面上，当剩余的介电层为两个时，一个设置在第一半导体层的表面上，另一个设置在衬底的表面上。第二半导体层一一对应地设置在介电层的表面上，形成多个并联的场效应管。
为了进一步增加二维半导体层的面积，从而提高光电探测器对光的吸收率，本申请的一种实施例中，上述光电探测器包括多个上述第一半导体层3，上述第一半导体层3与上述衬底2之间具有微腔且相邻的上述第一半导体层3之间均具有上述微腔8，如图1所示；或者，仅仅是相邻的上述第一半导体层3之间具有上述微腔8。
为了形成更加稳定可靠的微腔，从而进一步使得该光电探测器具有稳定的性能，本申请的一种实施例中，如图1所示，上述光电探测器还包括支撑结构6，支撑结构6设置在上述衬底2的远离上述第一电极1的表面上，上述支撑结构6用于支撑上述第一半导体层3，上述支撑结构6与相邻的两个上述第一半导体层3围成上述微腔8，或者，上述支撑结构6与上述衬底2以及和上述衬底2距离最小的上述第一半导体层3围成上述微腔8。即支撑结构只与相邻的两个上述第一半导体层3围成上述微腔8，如图1所示；或者，支撑结构不仅与相邻的两个上述第一半导体层3围成上述微腔8，还与上述衬底2以及和上述衬底2距离最小的上述第一半导体层3围成上述微腔8。
本申请的再一种实施例中，如图7所示，上述光电探测器包括交替设置的多个上述支撑结构6与多个上述第一半导体层3，且各上述支撑结构6包括在第一方向间隔设置的两个支撑部61，两个上述支撑部61用于分别支撑上述第一半导体层3的两端，上述第一方向垂直于上述衬底2的厚度方向。这样的支撑结构能够进一步稳定地支撑第一半导体层，从而保证微腔的稳定存在，进一步保证了器件具有稳定的性能。
当然，本申请的支撑结构并不限于上述的结构，还可以是本领域中的其他的结构，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的支撑结构来支撑第一半导体层并形成微腔。
为了形成更多的微腔，进而形成更多的异质结，进一步提升该光电探测器的响应度，本申请的一种实施例中，如图1与图7所示，上述支撑结构6与上述第一半导体层3中，与上述衬底2接触设置的为上述支撑结构6，且上述支撑结构6一一对应支撑上述第一半导体层3。
为了方便测量该光电探测器的相应电流，本申请的一种实施例中，如图1所示，两个上述第二电极7分别设置在上述第一半导体层3两侧的上述第二顶半导体层51的表面上。
当然，本申请的第二电极的设置位置并不限于上述的位置，还可以是其他的设置方式，比如还可以将其设置在第一顶半导体层上的第二顶半导体层的表面上。本领域技术人员可以根据实际情况选择将第二电极设置在合适的位置上。
本申请的第二半导体层5的材料可以是现有技术中的任何的二维半导体材料，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的二维半导体材料形成对应的第二半导体层。
为了进一步提升光电探测器的响应度，本申请的一种实施例中，上述第二半导体层5的材料选自MoS2、石墨烯、硅烯或锗烯。
为了更便于制作，且保证形成的光电探测器为预期的结构，本申请的一种实施例中，上述支撑结构6的材料与上述第一半导体层3的材料的刻蚀选择比大于100。
本申请的支撑结构的材料是导电材料，其具体的材料可以根据实际情况进行选择，但是应该保证该光电探测器中的微腔能够制作得到，比如说，为了得到预定形貌的结构，要根据对应的第一半导体层的材料选择支撑结构的材料，二者的刻蚀选择比大于某一个值。
为了进一步保证该支撑结构具有良好的导电性，且同时进一步保证形成的光电探测器的结构为预定的结构，本申请的一种实施例中，上述支撑结构6的材料选自锗与锗硅中的至少一种。
本申请的再一种实施例中，上述第一半导体层3的材料选自硅。当然，本申请中的第一半导体层并不限于上述的硅材料，还可以其他的材料，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的材料形成本申请的第一半导体层。
本申请的衬底可以是现有技术中的任何一种衬底，例如，可以为Si衬底、Ge衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底、砷化镓衬底、氧化锌衬底、金刚石、氮化铝衬底、金属或类金属衬底等，本领域技术人员可以根据实际情况选择的合适材料的衬底。
如图1所示，测试时，在第二电极7与第一电极1之间施加电压，即在第一半导体层3与第二半导体层5施加固定偏压，入射光打到异质结界面上，利用电流表测第一半导体层3以及第二半导体层5两端电流，电流大小与光强度对应。
为了便于器件的制作，且使得衬底可以与第二半导体层形成一个场效应管，进一步提升器件的响应度，本申请的一种实施例中，上述衬底的材料为硅。
本申请的另一种典型的实施方式中，提供了一种光电探测器的制作方法，该制作方法包括：
第一步，提供如图2所示的衬底2。
第二步，在上述衬底2的部分表面上设置至少一个第一半导体层3，如图4所示，使得上述第一半导体层3与上述衬底2之间具有微腔8，和/或相邻的上述第一半导体层3之间具有微腔8。具体包括以下几种情况：该光电探测器只包括一个第一半导体层3，该第一半导体层3与衬底2之间具有微腔；该光电探测器包括多个第一半导体层3，第一半导体层3与衬底2之间具有微腔8且相邻的第一半导体层3之间也具有微腔8；该光电探测器包括多个第一半导体层3，仅相邻的第一半导体层3之间具有微腔。
并且，与上述衬底2距离最大的上述第一半导体层3为第一顶半导体层31。当该光电探测器包括一个第一半导体层3时，该第一半导体层3就是第一顶半导体层31，当该光电探测器包括多个第一半导体层3时，多个第一半导体层3中，与上述衬底2距离最大的上述第一半导体层3为第一顶半导体层31。
且未设置有上述第一半导体层3的上述衬底2的表面位于在上述第一半导体层3的两侧，如图1所示。
第三步，设置多个介电层4，如图5所示，其中一个上述介电层4设置在上述第一顶半导体层31的远离上述衬底2的表面上以及上述第一半导体层3两侧的上述衬底2的表面上，其他的上述介电层4设置在上述微腔8中且位于上述衬底2的表面上，和/或其他的上述介电层4设置在上述微腔8中且位于上述第一半导体层3的表面上。即其他的介电层4的设置包括以下几种情况：第一种，如图1所示，一个介电层4设置在微腔8中且位于衬底2的表面上，剩下的介电层4设置在上述微腔8中且位于上述第一半导体层3的表面上，具体地，可以设置在第一半导体层3的一个表面上，也可以设置在第一半导体层3的两个表面上，图1中示出的介电层4设置在第一半导体层3的两个表面上；第二种，介电层4不设置在衬底2的表面上，即其他的介电层4均设置在第一半导体层3的表面上并位于上述微腔8中，具体地，可以设置在第一半导体层3的一个表面上或者两个表面上。
第四步，在上述介电层4的远离上述第一半导体层3或远离上述衬底2的表面上一一对应地设置第二半导体层5，形成如图6所示的结构。多个上述第二半导体层5中，与上述衬底距离最大的上述第二半导体层5为第二顶半导体层51，上述第二半导体层5为二维半导体材料层。
第五步，在上述衬底2的远离上述第一半导体层3的表面上设置第一电极1，即形成栅极，如图7所示；
第六步，在上述第二顶半导体层51的远离上述介电层4的表面上设置两个相互隔离的第二电极7，如图7所示，其中的一个第二电极7作为源极，另一个作为漏极。
上述的制作方法中，通过形成多个微腔，然后在微腔中设置第二半导体层，使得第二半导体层的面积较大，进而增大了光电探测器对光的吸收率，从而增加了该光电探测器的响应度。
本申请的一种实施例中，在上述衬底2的表面上设置一个上述第一半导体层3，该第一半导体层3也称为第一顶半导体层31，且使得该第一半导体层3与上述衬底2之间具有上述微腔8。多个介电层4中的一个设置在第一顶半导体层31的远离微腔8的表面上，剩余的介电层4设置在微腔8中，可以设置在第一半导体层3的表面上和/或设置在衬底2的表面上。当剩余的介电层4为一个时，则该介电层4设置在第一半导体层3的表面上或者衬底2的表面上，当剩余的介电层4为两个时，一个设置在第一半导体层3的表面上，另一个设置在衬底2的表面上。第二半导体层5一一对应地设置在介电层4的表面上，形成多个并联的场效应管。
为了进一步增加二维半导体层的面积，从而提高光电探测器对光的吸收率，本申请的一种实施例中，上述衬底2上设置多个间隔的上述第一半导体层3，使得上述第一半导体层3与上述衬底2之间以及相邻的上述第一半导体层3之间均具有上述微腔8，如图7所示；或者上述第一半导体层3与相邻的上述第一半导体层3之间具有上述微腔8。
为了形成稳定的微腔8，进一步保证该光电探测器的性能的稳定性，本申请的一种实施例中，在上述衬底2上设置上述第一半导体层3，并形成上述微腔8的过程包括：在上述衬底2的表面上交替设置多个支撑层60与多个上述第一半导体层3，形成图3所示的结构；去除各上述支撑层60的中间区域，各上述支撑层60中剩余的部分形成支撑结构6，如图4所示，上述支撑结构6用于支撑上述第一半导体层3，上述支撑结构6包括两个支撑部61，分别位于上述中间区域的两侧，且上述支撑结构6与相邻的两个上述第一半导体层3围成上述微腔8，或者，上述支撑结构6与衬底2以及和上述衬底2距离最小的上述第一半导体层3围成上述微腔8。即支撑结构6只与相邻的两个上述第一半导体层3围成上述微腔8，如图4所示；或者，支撑结构6不仅与相邻的两个上述第一半导体层3围成上述微腔8，还与上述衬底2以及和上述衬底2距离最小的上述第一半导体层3围成上述微腔8。
为了形成更多的微腔8，进而形成更多的异质结，进一步提升该光电探测器的响应度，本申请的一种实施例中，如图3所示，在上述衬底的表面上交替设置多个上述支撑层60与多个上述第一半导体层3的过程中，首先设置的是上述支撑层60，最后设置的是上述第一顶半导体层31。
本申请的一种实施例中，设置上述第二电极7的过程包括：在上述第一半导体层3两侧的上述第二顶半导体层51的上分别设置一个上述第二电极7。这样的设置方式形成的第二电极7方便器件的响应电流的检测。
当然，本申请的第二电极的设置位置并不限于上述的位置，还可以是其他的设置方式，比如还可以将其设置在第一顶半导体层上的第二顶半导体层的表面上。本领域技术人员可以根据实际情况选择将第二电极设置在合适的位置上。
本申请的第二半导体层5的材料可以是现有技术中的任何的二维半导体材料，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的二维半导体材料形成对应的第二半导体层。
为了保证载流子具有较高的迁移率，从而进一步提升光电探测器的响应度，本申请的一种实施例中，上述第二半导体层5的材料选自MoS2、石墨烯、硅烯或锗烯。
为了更便于制作，且保证形成的光电探测器为预期的结构，本申请的一种实施例中，上述支撑层60的材料与上述第一半导体层3的材料的刻蚀选择比大于100。
本申请的支撑层的材料是导电材料，其具体的材料可以根据实际情况进行选择，但是应该保证该光电探测器中的微腔能够制作得到，比如说，为了得到预定形貌的结构，要根据对应的第一半导体层的材料选择支撑层的材料，二者的刻蚀选择比大于某一个值。
为了进一步保证该支撑层具有良好的导电性，且同时进一步保证形成的光电探测器的结构为预定的结构，本申请的一种实施例中，上述支撑层60的材料选自锗与锗硅中的至少一种。
本申请的再一种实施例中，上述第一半导体层3的材料选自硅。当然，本申请中的第一半导体层并不限于上述的硅材料，还可以其他的材料，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的材料形成本申请的第一半导体层。
本申请的衬底可以是现有技术中的任何一种衬底，例如，可以为Si衬底、Ge衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底、砷化镓衬底、氧化锌衬底、金刚石、氮化铝衬底、金属或类金属衬底等，本领域技术人员可以根据实际情况选择的合适材料的衬底。
为了便于器件的制作，且使得衬底可以与第二半导体层形成一个场效应管，进一步提升器件的响应度，本申请的一种实施例中，上述衬底的材料为硅。
本申请的去除部分支撑层的步骤可以采用湿法腐蚀或干法刻蚀实施，这两种刻蚀方法均可以在常压环境下进行，也可以在减压环境下进行。本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的刻蚀方法以及刻蚀条件。
本申请的电极可以是现有技术中的方法形成，其中，第二电极的制作过程可以是依次的光刻技术、热蒸发以及剥离(lift-off)技术。第一电极可以是热蒸发、电子束蒸发或者磁控溅射技术。本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的方法形成本申请的电极。其中，热蒸发还可以替换为电子束蒸发或者磁控溅射技术。
本申请的电极的材料可以是现有技术中的任何一种可以作为电极的材料，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的材料形成对应的电极，比如可以选择金、铬或锌等。
本申请中的第一电极与第二电极的材料可以是相同的，也可以是不同的，本领域技术人员可以根据实际情况设置二者为相同材料形成的或者不同材料形成的电极。
本申请的第二导电层的设置方式可以根据实际情况选择，例如可以根据对应的第二半导体层的材料选择对应的设置方法，例如，当第二半导体层的材料为石墨烯时，在设置第一半导体层形成微腔后，设置第二半导体层的过程包括：将具有微腔的结构浸入氧化石墨烯中，进而在各个结构层的表面上附着了氧化石墨烯，然后，将氧化石墨烯还原为石墨烯，从而形成第二半导体层。需要说明的是，当选择此种方式设置第二半导体层时，实际形成的结构中，第二半导体层不仅在微腔中的介电层的上下两个表面上，还位于微腔的侧壁上(可能是位于微腔侧壁的介电层上，有可能直接位于微腔的侧壁上，具体的位置与实际的制作工艺相关)，图1、图6以及图7的结构中未示出，该种结构中，由于设置方式，多个第二半导体层连在一起。第二半导体层可以充满微腔。
本申请的介电层的材料可以是现有技术中的中任何用于绝缘隔离的材料，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的材料。
为了起到更好的隔离绝缘作用，上述介电层的材料选自二氧化硅、二氧化铪和/或氮化硅。
介电层的设置方式可以根据实际情况选择，例如根据介电层的材料来选择，对于二氧化硅来说，可以选择化学气相沉积法或热氧化法等等。需要说明的是，当选择这些种方式设置介电层时，实际形成的结构中，介电层不仅在微腔的上下两个表面上，还位于微腔的侧壁上，图1、图5、图6与图7的结构中未示出，该种结构中，由于设置方式，多个介电层连在一起。
为了使得本领域技术人员能够更加了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例来说明本申请的技术方案。
实施例
1、清洗：提供如图2所示的衬底2，衬底的材料为硅；在进入外延腔体前，首先对衬底表面进行清洁处理，将硅片放入七星清洗槽APM溶液中漂洗10min以去除硅片表面颗粒，然后用去离子水漂洗5min并甩干；接着使用LamResearch203单片清洗设备，在稀释的HF溶液(HF:H2O＝1:100)中，清洗120s。
2、生长Si/SiGe堆叠三维结构：将清洗完成的芯片送入ASM E2000plus减压化学气相沉积设备(reduce dpressure-chemical vapor deposition，RPCVD)的外延反应腔内进行外延生长。在减压外延反应腔环境内，首先在高温下氢气环境中烘烤硅片20min，目的是去除表面可能残存的自然氧化层。然后将腔体温度降至650℃，通入适当比例SiH2Cl2和GeH4气体90s，生长GeSi层，即支撑层60，然后切断GeH4气体阀，只通入SiH2Cl2气体，外延160s，形成Si层，即第一半导体层3。重复上述两步外延气体工艺，形成Si/GeSi六层堆叠结构，如图3所示。
3、刻蚀支撑层60：采用氢氟酸(HF)、双氧水(H2O2)和醋酸(CH3COOH)的混合溶液进行选择性GeSi腐蚀试验，腐蚀温度为室温20℃。其中三种溶液的浓度和配比(体积比)为HF(6％):H2O2(30％):CH3COOH(99.8％)＝1:2:3，实验溶液的配制使用了200ml的HF水溶液，400ml的H2O2水溶液和600ml的高纯度CH3COOH溶液。将溶液搅拌均匀放置一定的时间后，将芯片放入溶液中，腐蚀时间为9min。然后，将腐蚀完成的芯片取出并立即用去离子的水清洗5min，最后用高压氮气吹干，形成多个包括两个间隔设置的支撑部61的支撑结构6，大部分的支撑结构6与相邻的两个上述第一半导体层3围成上述微腔8，即该支撑结构6中的两个支撑部61与相邻的两个上述第一半导体层3围成上述微腔8；剩下的一个支撑结构6与衬底2以及和上述衬底2距离最小的上述第一半导体层3围成上述微腔8，即该支撑结构6中的两个支撑部61、衬底2以及和上述衬底2距离最小的上述第一半导体层3围成上述微腔8，进而形成如图4所示的多个微腔8。(当然，在选择性刻蚀之前，需要将不需要刻蚀去除的部分支撑层保护起来，可以用光刻胶等，待选择性刻蚀后，将光刻胶去除。)
4、制作介电层4：采用原子层淀积(ALD)技术、光刻技术、反应离子刻蚀(RIE)技术制备介电层。首先原子层淀积(ALD)薄膜沉积技术沉积介电材料，厚度为10nm；接着利用光刻技术在介电区域形成光刻胶掩膜层；然后采用反应离子刻蚀去除无光刻胶覆盖的介电材料；最后用丙酮清洗光刻胶，留下介电层图形，完成介电层的制备，即形成多个如图5所示的介电层4。(实际上微腔的侧壁上也有介电层，图5中未示出)
5、制作石墨烯层：将刻蚀完成的芯片至于0.1％的PDDA溶液中浸泡10min，浸泡完成后置于氧化石墨烯的分散液中10min，将浸泡完成的芯片取出并立即用去离子的水清洗1min，最后用高压氮气吹干，从而在图的微腔8中以及第一顶半导体层31的远离微腔8的表面上形成第二半导体层5，如图6所示(实际上微腔的侧壁上有介电层，且介电层上也有第二半导体层5，图6中未示出)。
6、制作电极：
采用磁控溅射技术，在衬底的远离第一半导体层的表面上设置第一电极1，第一电极的材料为金。
采用依次采用光刻技术、磁控溅射技术以及剥离(lift-off)技术制备电极，通过光刻在电极区域形成光刻胶开孔，接着用磁控溅射技术淀积金属材料铬/金(10/30nm)，最后采用剥离工艺去除光刻胶及附着在光刻胶上的金属材料，留下电极图形，完成第二电极7的制备，形成图7上述的结构(图中未示出微腔的侧壁上的介电层与第二半导体层)。其中的磁控溅射技术可以替换为热蒸发或者电子束蒸发。
从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：
1)、本申请的光电探测器为场效应管型光电探测器，第一半导体层相当于栅，第二半导体层相当于沟道层，该结构中通过形成微腔，大大增加了第二半导体层的层数，进而增加了其面积，从而提高了二维半导体材料层对光的吸收率，进而大大提高了该光电探测器的响应度。
2)、本申请的制作方法中，通过形成多个微腔，然后在微腔中设置第二半导体层，使得第二半导体层的面积较大，进而增大了光电探测器对光的吸收率，从而增加了该光电探测器的响应度。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种光电探测器，其特征在于，所述光电探测器包括：
衬底(2)；
至少一个第一半导体层(3)，设置在所述衬底(2)的部分表面上，未设置有所述第一半导体层(3)的所述衬底(2)的表面位于所述第一半导体层(3)的两侧，所述第一半导体层(3)与所述衬底(2)之间具有微腔(8)，和/或相邻的所述第一半导体层(3)之间具有微腔(8)，与所述衬底(2)距离最大的所述第一半导体层(3)为第一顶半导体层(31)；
多个介电层(4)，其中，一个所述介电层(4)设置在所述第一顶半导体层(31)的远离所述衬底(2)的表面上以及所述第一半导体层(3)两侧的所述衬底(2)的表面上，其他的所述介电层(4)设置在所述微腔(8)中且位于所述衬底(2)的表面上，和/或其他的所述介电层(4)设置在所述微腔(8)中且位于所述第一半导体层(3)的表面上；
多个第二半导体层(5)，一一对应地设置在所述介电层(4)的远离所述第一半导体层(3)或远离所述衬底(2)的表面上，多个所述第二半导体层(5)中，与所述衬底(2)距离最大的所述第二半导体层(5)为第二顶半导体层(51)，所述第二半导体层(5)为二维半导体材料层；
第一电极(1)，设置在所述衬底(2)的远离所述第一半导体层(3)的表面上；以及
两个第二电极(7)，均设置在所述第二顶半导体层(51)的远离所述介电层(4)的表面上且相互间隔设置。
2.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述光电探测器包括多个所述第一半导体层(3)。
3.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述光电探测器还包括：
支撑结构(6)，设置在所述衬底(2)的远离所述第一电极(1)的表面上，所述支撑结构(6)用于支撑所述第一半导体层(3)，且所述支撑结构(6)与相邻的两个所述第一半导体层(3)围成所述微腔(8)，或者，所述支撑结构(6)、所述衬底(2)以及和所述衬底(2)距离最小的所述第一半导体层(3)围成所述微腔(8)。
4.根据权利要求3所述的光电探测器，其特征在于，所述光电探测器包括交替设置的多个所述支撑结构(6)与多个所述第一半导体层(3)，且各所述支撑结构(6)包括在第一方向间隔设置的两个支撑部(61)，两个所述支撑部(61)用于分别支撑所述第一半导体层(3)的两端，所述第一方向垂直于所述衬底(2)的厚度方向。
5.根据权利要求4所述的光电探测器，其特征在于，所述支撑结构(6)与所述第一半导体层(3)中，与所述衬底(2)接触设置的为所述支撑结构(6)，且所述支撑结构(6)一一对应支撑所述第一半导体层(3)。
6.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，两个所述第二电极(7)分别设置在所述第一半导体层(3)两侧的所述第二顶半导体层(51)的表面上。
7.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述第二半导体层(5)的材料选自MoS2、石墨烯、硅烯或锗烯。
8.根据权利要求3所述的光电探测器，其特征在于，所述支撑结构(6)的材料与所述第一半导体层(3)的材料的刻蚀选择比大于100。
9.根据权利要求3所述的光电探测器，其特征在于，所述支撑结构(6)的材料选自锗与锗硅中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述第一半导体层(3)的材料为硅。
11.根据权利要求10所述的光电探测器，其特征在于，所述衬底(2)的材料为硅。
12.一种光电探测器的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
提供衬底；
在所述衬底的部分表面上设置至少一个第一半导体层，使得所述第一半导体层与所述衬底之间具有微腔，和/或相邻的所述第一半导体层之间具有微腔，与所述衬底距离最大的所述第一半导体层为第一顶半导体层，且未设置有所述第一半导体层的所述衬底的表面位于在所述第一半导体层的两侧；
设置多个介电层，其中一个所述介电层设置在所述第一顶半导体层的远离所述衬底的表面上以及所述第一半导体层两侧的所述衬底的表面上，其他的所述介电层设置在所述微腔中且位于所述衬底的表面上，和/或其他的所述介电层设置在所述微腔中且位于所述第一半导体层的表面上；
在所述介电层的远离所述第一半导体层或远离所述衬底的表面上一一对应地设置第二半导体层，多个所述第二半导体层中，与所述衬底距离最大的所述第二半导体层为第二顶半导体层，所述第二半导体层为二维半导体材料层；
在所述衬底的远离所述第一半导体层的表面上设置第一电极；以及
在所述第二顶半导体层的远离所述介电层的表面上设置两个相互隔离的第二电极。
13.根据权利要求12所述的制作方法，其特征在于，在所述衬底上设置多个间隔的所述第一半导体层，使得所述第一半导体层与所述衬底以及相邻的所述第一半导体层之间均具有所述微腔，或者所述第一半导体层与相邻的所述第一半导体层之间具有所述微腔。
14.根据权利要求12所述的制作方法，其特征在于，在所述衬底上设置所述第一半导体层，并形成所述微腔的过程包括：
在所述衬底的表面上交替设置多个支撑层与多个所述第一半导体层；以及
去除各所述支撑层的中间区域，各所述支撑层中剩余的部分形成支撑结构，所述支撑结构用于支撑所述第一半导体层，所述支撑结构包括两个支撑部，分别位于所述中间区域的两侧，且所述支撑结构与相邻的两个所述第一半导体层围成所述微腔，或者，所述支撑结构、所述衬底以及和所述衬底距离最小的所述第一半导体层围成所述微腔。
15.根据权利要求14所述的制作方法，其特征在于，在所述衬底的表面上交替设置多个所述支撑层与多个所述第一半导体层的过程中，首先设置的是所述支撑层，最后设置的是所述第一顶半导体层。
16.根据权利要求12所述的制作方法，其特征在于，设置所述第二电极的过程包括：
在所述第一半导体层两侧的所述第二顶半导体层上分别设置一个所述第二电极。
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