CN109786483A

CN109786483A - 基于bp材料的光电探测器及其制备方法

Info

Publication number: CN109786483A
Application number: CN201811546472.1A
Authority: CN
Inventors: 刘艳; 黄炎; 阚杨若颖
Original assignee: Xidian University
Current assignee: Xidian University
Priority date: 2018-12-18
Filing date: 2018-12-18
Publication date: 2019-05-21

Abstract

本发明公开了一种基于BP材料的光电探测器，包括：衬底层、钝化层、吸收层及LSPR效应层；LSPR效应层、吸收层和钝化层在衬底层上依次由上至下竖直分布，其特征在于：LSPR层采用金属Al材料、吸收层采用二维黑磷材料、钝化层采用二氧化硅材料及衬底层采用Si材料，器件的源漏采用金，从而在光学吸收层Al与黑磷界面形成强烈的LSPR效应。本发明光电探测器具有超强吸收的结构，可增强光吸收和响应度能力，为有效提高BP光电探测性能铺平了道路。

Description

基于BP材料的光电探测器及其制备方法

技术领域

本发明属于光电子器件技术领域，具体涉及基于纳米级等离子体光栅结构的20层黑磷光电探测器。

背景技术

近年来，原子级超薄的二维材料，例如过渡金属二硫属化物(TMDCs)，石墨烯和黑磷(BP)由于其独特的物理性质而受到了广泛关注。由于它们的厚度很薄，它们具有新颖的光学，电学，机械和热学性质。二维材料成为一种新的材料，可以在超紧凑的尺寸中实现新颖的光子和电子特性。在这些二维材料中，因为层状黑磷在电子和光电子学中具有广阔的应用前景，目前正在被深入的研究。与其他二维材料相比，黑磷表现出更强的层间相互作用，更高的载流子迁移率和更窄的带隙。此外，黑磷具有直接带隙，从单层到块状，其带隙范围为0.3eV至2eV。因此，多层黑磷可以允许在整个可见光谱，如中红外(MIR)和远红外(FIR)的宽光谱中进行光检测。最近黑磷已经实现了很多有前景的应用，包括场效应晶体管，异质结p-n二极管，光电器件和光电探测器。

然而，基于二维材料的光学电子器件由于其固有的原子级薄的厚度而表现出有限的光吸收。为了增强二维材料的光与物质间的相互作用，已经提出了几种光捕获策略，如集成波导，衍射光栅，折叠配置，直接耦合谐振器和等离子体纳米结构。例如，Wang的研究小组展示了一种高响应性的石墨烯/硅异质结构波导光电探测器。波导可以吸收瞬逝光，从而产生高吸收。根据Seungbum Rim的研究，引入了薄膜太阳能电池的有效光捕获配置，通过利用V形光捕获配置，其显着增加光电流产生效率，实现52％的吸收光子转换成光电流的效率。在这些方法中，由于工艺方便和小的器件占用面积，等离子体纳米结构对光增强非常有潜力。通过引入等离子体纳米结构，由这种纳米结构吸收的入射光可以在共振波长下有效地转换成等离子体振荡，这导致局部电场的显著增强。局部表面等离子体共振(LSPR)将在金属纳米结构中被激发，这是一种在吸收光谱中产生强吸收峰的效应，以及围绕纳米结构的局部电场的强烈增强。当光束照射金属纳米结构时，如果入射光子频率与金属纳米结构的振动频率匹配，则纳米结构将对光子能量具有强吸收效应，并且将发生局部表面等离子体共振。等离子体纳米结构可以有效地利用LSPR特性，由此可以开发出一种新方法来实现超薄二维材料的吸收增强。

已知等离子体纳米结构通常可分为许多不同的形状，例如纳米颗粒，纳米级光栅，多孔薄膜等。以前的工作已经证明了不同形状的等离子体纳米结构对作为活性层的二维材料的光物质相互作用的影响。例如，通过将石墨烯与金纳米颗粒耦合来表征等离子共振增强多色光电探测器。该光电探测器的外部量子效率可提高至1500％。对比几种不同的等离子体纳米结构，包括纳米颗粒和光栅。在这些纳米结构中，光栅结构表现出最佳性能。因此，在我们的研究中，等离子体纳米结构选择光栅结构。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于BP材料的光电探测器及其制备方法，本发明光电探测器具有超吸收结构，可增强光吸收和响应度能力，为有效提高黑磷光电探测性能提升了希望。

本发明技术原理

通过设计纳米级光栅结构的几何参数，可以显着提高黑磷光电探测器的光学吸收。通过引入等离子体纳米结构，由这种纳米结构吸收的入射光可以在共振波长下有效地转换成等离子体振荡，这导致局部电场的显著增强。局部表面等离子体共振(LSPR)将在金属纳米结构中被激发，这是一种在吸收光谱中产生强吸收峰的效应，以及围绕纳米结构的局部电场的强烈增强。当光束照射金属纳米结构时，如果入射光子频率与金属纳米结构的振动频率匹配，则纳米结构将对光子能量具有强吸收效应，并且将发生局部表面等离子体共振。等离子体纳米结构可以有效地利用LSPR特性，由此可以开发出一种新方法来实现超薄2D材料的吸收增强。

本发明的技术方案是：一种基于BP材料的光电探测器，其特征在于：所述光电探测器是基于纳米级等离子体光栅结构的20层黑磷光电探测器，包括衬底层、钝化层、吸收层及LSPR效应层；LSPR效应层、吸收层和钝化层在衬底层上依次由上至下竖直分布，从而形成由上而下的多层结构；其中LSPR层采用金属Al材料、吸收层采用二维黑磷材料、钝化层采用二氧化硅材料，衬底层采用Si材料，器件的源漏采用金，从而在光学吸收层Al与黑磷界面形成强烈的LSPR效应。其中LSPR效应层的图案是周期性排列的条状物。

制作上述光电探测器的方法，包括如下步骤：

1)利用等离子增强化学气相淀积工艺，在Si衬底层上生长SiO₂材料，形成钝化层；

2)利用化学气相淀积工艺，在SiO₂钝化层上生长BP材料，形成吸收层；

3)利用等离子体增强原子层淀积工艺，在BP吸收层上生长Al材料，形成顶部LSPR效应层；

4)利用刻蚀工艺，将顶部LSPR效应层进行刻蚀，形成周期性图案分布的条状层；

5)利用真空蒸镀金属薄膜工艺，在黑磷及吸收层旁淀积金材料，形成源漏。

本发明具有如下优点：

原子排列在BP晶格中会产生两个方向：锯齿形和扶手椅，导致其面内各向异性的电学和光学性质。首先，将背栅BP光电探测器放置在掩埋氧化物层上，氧化物层厚度为200nm。然后纳米级光栅结构沉积在BP上。引入纳米级等离子体光栅以利用LSPR效应增强光学吸收。由金属纳米结构提供的表面电子在与入射光子的共振耦合中起重要作用。BP的厚度为11.5nm，大约相当于20个单层BP原子的厚度。源极和漏极放置在掩埋氧化物层上。并且将电压施加到作为背栅的硅衬底，以便对器件进行电调制。由于LSPR效应和光吸收对纳米结构的形状和尺寸比较敏感，因此我们可以通过设置纳米级光栅的不同参数(即光栅高度h和光栅宽度w)来探索最优化参数达到超强吸收。

附图说明

图1.(a)20层基于BP的光电探测器的示意图。(b)制作基于BP材料光电探测器的流程示意图。(c)纳米级光栅结构的BP层对三种不同光栅材料的吸收，和没有光栅的情况。

图2.(a)纳米级光栅结构的黑磷层在8个不同高度(即高度＝5,10,15,20,25,30,35和40nm)的p偏振中的吸收。对于(b)p偏振和(c)s偏振入射，黑磷层的吸收作为光栅高度的函数。(d)对于p偏振和s偏振入射，分别在700nm波长的Y-Z平面中的纳米级光栅(w＝140nm，h＝5nm)结构的坡印亭矢量分布。

图3.(a)BP/光栅界面和(b)光栅/空气界面周围的p偏振入射的X-Y平面中波长为800nm的电场分布。

图4.在不同高度的p偏振入射的波长为800nm的Y-Z平面中的电场分布。(a)h＝5nm。(b)h＝15nm。(c)h＝25nm。(d)h＝35nm。

图5.(a)对于p偏振，8种不同宽度(即宽度＝90,100,110,120,130,140,150和160nm)的纳米级光栅结构的黑磷层的吸收；对于(b)p偏振和(c)s偏振入射，黑磷层的吸收作为光栅宽度的函数；(d)对于p偏振和s偏振入射，分别在700nm波长处的纳米级光栅(w＝160nm，h＝5nm)结构的坡印亭矢量分布。

图6.计算的20层BP光电探测器的吸收系数和响应度。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，本发明中基于BP材料的光电探测器包括：LSPR效应层1、吸收层2、钝化层3及衬底层4。该效应层1采用金属Al材料；该吸收层2采用二维材料黑磷；该吸收层3采用SiO₂；该衬底层4采用半导体Si材料。

LSPR效应层1、吸收层2、钝化层3在衬底层4上依次由上至下竖直分布，其中LSPR效应层的图案是周期性排列的条状物。

参照图2，本发明制作基于BP材料的SPPs光电探测器的方法，给出如下实施例。

实施例：制作基于BPs材料的光电探测器。

参照图2，本实例的实现步骤如下：

步骤1：钝化层3

利用等离子增强化学气相淀积工艺，在Si衬底层4上外延生长一层SiO₂，作为保护层。

步骤2：生长吸收层2

利用化学气相淀积工艺，在钝化层3上，以红磷作为蒸发源，锡(Sn)和四碘化锡(SnI₄)作为矿化剂，在压力维持在27.2个大气压的条件下，生长BP材料，形成吸收层2，如图2(b)。

本步骤的化学气相淀积工艺，参照参照约书亚·史密斯，丹尼尔·海格曼和吉海峰，利用化学气相沉积生长2D黑磷薄膜。纳米技术，2016,27(21)：215602。

步骤3：生长顶部LSPR效应层1

利用等离体增强原子层淀积工艺，以金属Al蒸汽作为前驱物，等离子体活化氢作为还原剂，氢气(纯度99.999％)与氦气(纯度99.999％)混合来保证等离子点火。淀积过程中，压力和温度分别在5-8毫巴和120-150摄氏度之间，等离子体通过13.56MHz的射频功率来形成。在上述条件下，生长一层金属Al材料，形成顶部LSPR效应层1，如图2(c)。

步骤4：刻蚀顶部金属层，形成纳米多孔层

利用湿法刻蚀工艺，以Fe³⁺作为刻蚀剂，结合S₂O₃ ^2-与Cl，在掩模版的掩蔽下，对顶部LSPR效应层1进行刻蚀，形成周期性图案排列的条状物，如图2(d)。

步骤5：淀积接触金属，形成源漏

利用真空蒸镀金属薄膜工艺，以金为蒸镀材料，形成源漏层，此方法参照传统蒸镀工艺进行。

以上所述仅是本发明的一个优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

图1(a)示出了BP光电探测器的三维示意图。原子排列在BP晶格中会产生两个方向：锯齿形和扶手椅，导致其面内各向异性的电学和光学性质。首先，将背栅BP光电探测器放置在掩埋氧化物层上，氧化物层厚度为200nm。然后纳米级光栅纳米结构沉积在BP上。引入纳米级等离子体光栅以利用LSPR效应增强光学吸收。由金属纳米结构提供的表面电子在与入射光子的共振耦合中起重要作用。BP的厚度为11.5nm，大约相当于20个单层BP原子的厚度。源极和漏极放置在掩埋氧化物层上。并且将电压施加到作为背栅的硅衬底，以便对器件进行电调制。

在我们的工作中，使用有限差分时域(FDTD)方法，通过光场强度和吸收光谱对20层BP光电探测器的光学特性进行了大量分析。如图1(b)所示，比较了具有三种不同光栅材料和没有纳米级光栅的纳米级光栅结构的BP层中的专有吸收。选择场偏振沿着光栅的方向为主轴。吸收光谱中有两个吸收峰，对应于两种共振模式。对应于第一吸收峰的谐振模式是横向模式，偶极子振荡沿着BP的锯齿形方向。对应于第二吸收峰值的谐振模式是纵向模式，偶极子振荡沿着BP的扶手椅方向。如图1(c)中的实线所示，BP的峰值吸收分别在714nm处增强至71％，69％和76％。Al中相当强的带间跃迁位于1.5eV左右的窄能量范围内。低于和高于这个能量，带间活动很弱。因此，Al有望支持具有高光学截面的长寿命LSPR。因此，尽管Ag和Au系统因为具有良好的介电性能已经在LSPR的研究中进行了多年的深入研究，我们研究中的纳米级光栅依然被选为Al。与贵金属相比，Al不仅是一种丰富且廉价的材料，而且可能具有一些新颖的性质。此外，Al应该从200nm到略低于800nm有效，因为其介电函数的实部在200nm到800nm之间是负的。此外，模拟中的光源是平面波，并且波长范围覆盖可见光带，这与Al应该有效的波长范围大致一致。并且根据参考文献，复数折射率(nxx＝3.16+0.0623i，nyy＝2.83，nzz＝3.54+0.135i)用于模拟11.5nm厚的BP。在光学特性的模拟中，可以忽略源电极和漏电极。

结果与讨论：由于LSPR效应和光吸收对纳米结构的形状和尺寸敏感，因此我们设置纳米级光栅的不同参数(即光栅高度h和光栅宽度w)来探索最优化参数达到超强吸收。我们首先考虑光栅的高度。如图2(a)所示，绘制了对八种不同高度的BP吸收。显然有两个吸收峰。当波长范围小于600nm时，第一吸收峰几乎不随高度的变化而变化。吸收峰出现在425-500nm的波长范围内，其中最大吸收在470nm处几乎可达到56％。然而，BP的吸收表明共振波长对650-800nm波长范围内光栅高度的强烈依赖性。例如，如图2(a)中的h1和h8所代表的实线所示，BP的吸收峰在750nm处增强至48％。因此，通过调节650-800nm波长范围的高度可以增强吸收。此外，随着高度减小，在对应于第二吸收峰值的波长处将存在红移。为了证明高度对吸收的影响，我们将吸收光谱分别绘制为在p偏振照射下光栅高度的函数[见图2(b)]和s偏振态[见图2(c)]。对于如图2(b)所示的p偏振入射，当高度为5nm时，吸收峰值在735nm处可达到87.5％。然而，对于图2(c)中的s偏振情况，情况明显不同，其中相对较高的吸收仅仅覆盖非常窄的波长范围。此外，当波长范围为600至800nm并且高度高于20nm时，存在非常弱的吸收。图2(d)分别示出了对于p偏振和s偏振入射，在700nm波长的Y-Z平面中的纳米级光栅结构的坡印亭矢量分布。从图2(d)可以看出，Poynting矢量的幅度在光栅周围非常强，并且对于p偏振和s偏振入射，电场强度在通过纳米级光栅和BP层后显着减小，这说明了LSPR效应。可以看出，坡印亭矢量主要分布在纳米结构周围，表明局部电场强烈增强。然而，s偏振情况的坡印亭矢量分布与p偏振入射的分布略有不同。从图4(d)的中间部分可以看出，对于s偏振，在光栅周围形成的两个涡流将显着地阻止能量流到BP层，这将导致较小的吸收截面。这类似于杨氏干涉。在光强度为零的位置，光在一些干涉条纹处消失，例如，涡流的中心。

为了说明吸收增强，在图3中绘制了用于p偏振入射的在800nm波长的X-Y平面中的电场分布。图3(a)和(b)分别表示光栅/BP界面和X-Y平面中的空气/光栅界面的电场分布。如图3(a)和(b)所示，我们可以看到电场强度大部分位于光栅边缘，这说明纳米结构中预期的电偶极行为表现出局部等离子体共振。而且，BP和光栅界面的电场强度高于光栅和空气界面的电场强度。这表明电场主要集中在BP层上，这有利于BP的吸收增强。

为了更直观地验证高度对LSPR效应的影响，我们绘制了YZ平面中波长为800nm的电场分布，用于在光栅的四个不同高度处的p偏振入射。已知纳米结构之间的LSPR耦合将导致间隙中的近场增强。如图4所示，可以看出电场主要集中在两个纳米级光栅之间的间隙，这与相邻纳米结构的表面等离子体-极化模式之间的近场耦合理论一致。随着高度的增加，沿Z轴的电场强度的衰减更加严重。人们可能会认为这个过程是仅存在于近场区域的衰减光子的产生。这种场增强可以改善BP光电探测器的光吸收，从而增加吸收系数和响应性。此外，当光栅高度为5nm时，电场强度可达到最大值，进一步显示了在较低高度获得更好吸收的可行性。

为了验证光栅宽度对光吸收的影响，图5显示了八种不同宽度的BP吸收和p偏振和s偏振入射光的吸收光谱。与图2(a)相同，吸收波长曲线也有两个吸收峰。随着光栅宽度的增加，第一次吸收峰略有增加。至于第二吸收峰，随着宽度的增加，最大吸收率得到改善。但是当宽度高于150nm时，吸收几乎不再增加。如图5(a)中的h8代表的实线所示，BP的峰值吸收在714nm处可达到89.8％，与h1代表的实线相比，在675nm处增强了38.8％。此外，随着宽度减小，在对应于第二吸收峰值的波长处将存在红移。为了更清楚地验证宽度对光学吸收的影响，在p偏振和s偏振入射照射下作为光栅宽度函数的吸收光谱绘制在图5(b)和图5(c)中。从图5(b)可以看出，吸收光谱显示了共振波长对425-500nm和650-775nm波长范围内宽度的依赖性。对于图5(c)中的s偏振情况，在较窄波长范围内存在超吸收，这与p偏振情况不同。高于80％的吸收峰仅可以覆盖420-470nm和730-800nm的波长范围。图5(d)还分别示出了对于p偏振和s偏振入射，波长为700nm的纳米级光栅结构的坡印亭矢量分布。与图2(d)相比，图5(d)的坡印亭矢量的幅度由于较大的宽度而较高。因此，当光栅宽度为160nm时，获得最大吸收峰。

为了计算20层BP的吸收系数，首先计算出20层BP的能带隙为0.095ev。因此，我们利用能带隙的值计算吸收系数α。如图6所示，我们证明了20层BP的吸收系数α和波长λ之间的关系。从吸收系数-波长曲线可以看出，吸收系数曲线先上升然后随着波长的增加而下降。当波长为6.5μm时，吸收系数可达到3241cm^-1的峰值。考虑到截止波长，对于20层BP，截止波长约为13μm。与较少的黑磷层吸收系数相比，例如，5层BP的截止波长约为2.49μm，20层BP的截止波长红移，可进一步扩展到远红外线(FIR)波段范围。

基于吸收系数，我们还计算了光电探测器的响应性。如图6所示，我们证明了响应度对20层BP光电探测器波长的依赖性。假设在理想情况下表面处的光功率反射为零。除了传统探测器中的“固有”光响应之外，光电流还由BP光电晶体管中的光电效应贡献。BP禁带中的陷阱捕获电子和空穴，光电流是由阈值电压的偏移引起的。正是由于光照效应，通过使用合适的敏感中心可以有效地吸收光，然后电子或空穴可以转移到导体。我们在此模拟中使用的光学增益取自参考文献，当应用具有低功率的入射光时，该参考值高达10,000。从图6可以看出，响应度随着波长的增加而缓慢增加，然后在达到峰值后逐渐减小。当波长为9.8μm时，响应度高达60.94A/W.对于整个电信窗口，BP光电晶体管的响应度比Ge或GeSn光电探测器的响应度高两个级别。此外，为了证明光栅结构对吸收的影响，我们在图6的插图中计算了有和没有纳米级光栅的BP光电探测器在0-1μm波长范围内的响应性。采用BP光电探测器的实际光吸收。考虑到BP光电探测器的实际光吸收，我们设定有和没有光栅的BP光电探测器的专有吸收分别设定为0.898(来自图4(a))和0.214(来自图1(b))。从图6的插图可以看出，光电探测器与Al光栅的响应性几乎是没有光栅的光电探测器的响应性的4.2倍。该结果表明，在可见光范围内，具有纳米级Al光栅结构的光电探测器的响应性肯定会大大提高。

在模拟11.5nm BP光电晶体管后，我们计算了暗电流和栅极电压的特性曲线。当漏极偏压Vd为1V时，暗电流Id从-10V下的248.7μA下降到-1V时的77.5μA的近似线性区域。BP沟道中的载流子浓度通过等式n＝(Vg-Vth)Cox估算，其中Vth是晶体管的阈值电压，Cox是指每单位面积的栅极电容。当栅极电压设定为-10，-5,0和5V时，相应的载流子浓度分别为1.553×10⁵,6.904×10⁴,1.726×10⁴和1.036×10⁵cm^-3。从计算结果可以注意到，载流子浓度首先降低，然后随着栅极电压的增加而增加。如果施加大的负栅极偏压，则在BP/漏极界面处将存在带弯曲，从而导致空穴从通道移动到漏极。随着负栅极偏压增加，BP/漏极界面处的带弯曲减小，并且载流子浓度显着降低。栅极依赖性的行为表明通过调节栅极电压可以容易地调节BP晶体管的灵敏度。

BP光电探测器的场效应迁移率也可以根据等式μ＝(L/W C_oxVd)(ΔId/ΔVg)来计算，其中L和W分别指的是沟道长度和宽度。获得的迁移率值约为206cm²V^-1s^-1，高于报道的黑磷光电晶体管。当光强度不够强时，迁移率保持不变，并且暗电流条件可用于近似计算迁移率。如果光强度很强，载流子浓度将非常高。结果，光生载流子将遭受严重的散射并且迁移率将降低。低暗电流和高迁移率意味着我们的BP晶体管具有高灵敏度。更重要的是，根据Hornbeck-Haynes模型拟合结果，4ns的载流子寿命τ₀可以通过公式τ₀＝(τ₀/τ_tr)τ_tr计算，其中τ_tr＝L²/(μVd)是源极和漏极之间的载流子传输时间，并且可以从拟合结果中提取(τ₀/τ_tr)。结果，3dB带宽f_3dB＝1/(2πτ₀)被计算为40MHz，表明该设备具有高速工作的潜力。

总结：总之，本文提出了具有纳米级等离子体光栅结构的20层BP光电探测器。通过适当设计纳米级光栅结构的几何参数，可以显着提高BP光电探测器的光学吸收。我们通过吸收光谱，电强度分布和功率流分布，系统地研究了光物质对BP层作为活性层的相互作用的影响。此外，具有纳米级光栅结构的BP光电探测器在9.8μm处显示出60.94A/W的响应度，其截止波长可以扩展到中红外范围。此外，在1V的源-漏极偏压下实现了较低的暗电流。高吸收效率和高响应性以及我们的BP光电探测器的低暗电流使其成为基于光电探测器的潜在替代品。其他二维材料和预测高性能BP光电探测器的未来前景。

Claims

1.基于BP材料的光电探测器，其特征在于：所述光电探测器是基于纳米级等离子体光栅结构的20层黑磷光电探测器，包括衬底层(4)、钝化层(3)、吸收层(2)及LSPR效应层(1)；LSPR效应层(1)、吸收层(2)和钝化层(3)在衬底层上依次由上至下竖直分布，从而形成由上而下的多层结构；其中LSPR层(1)采用金属Al材料、吸收层(2)采用二维黑磷材料、钝化层(3)采用二氧化硅材料，衬底层(4)采用Si材料，器件的源漏采用金，从而在光学吸收层Al与黑磷界面形成强烈的LSPR效应。

2.如权利要求1所述的基于BP材料的光电探测器，其特征在于：所述光电探测器的制备方法，包括如下步骤：

1)利用等离子增强化学气相淀积工艺，在Si衬底层(4)上生长SiO₂材料，形成钝化层(3)，厚度为200nm；

2)利用化学气相淀积工艺，在SiO₂钝化层(3)上生长BP材料，形成吸收层(2)，BP的厚度为11.5nm；

3)利用等离子体增强原子层淀积工艺，在BP吸收层(2)上生长Al材料，形成顶部LSPR效应层(1)；

4)利用刻蚀工艺，将顶部LSPR效应层(1)进行刻蚀，形成周期性图案分布的条状层；

5)利用真空蒸镀金属薄膜工艺，在黑磷及吸收层(2)旁淀积金材料，形成源漏。

3.如权利要求2所述的基于BP材料的光电探测器，其特征在于：所述步骤2)的化学气相淀积工艺，以红磷作为蒸发源，锡(Sn)和四碘化锡(SnI₄)作为矿化剂，在压力维持在27.2个大气压条件下，生长BP材料。

4.如权利要求2所述的基于BP材料的光电探测器，其特征在于：所述步骤3)的等离体增强原子层淀积工艺，以金属Al蒸汽作为前驱物，等离子体活化氢作为还原剂，纯度为99.999％的氢气与纯度99.999％氦气混合来保证等离子点火；淀积过程中，压力和温度分别在5-8毫巴和120-150摄氏度之间，等离子体通过13.56MHz的射频功率来形成；在上述条件下，生长一层金属Al材料。

5.如权利要求2所述的基于BP材料的光电探测器，其特征在于：所述步骤4)的刻蚀工艺，以Fe³⁺作为刻蚀剂，结合S₂O₃ ^2-与Cl，在掩模版的掩蔽下，对顶部LSPR效应层(1)进行周刻蚀，形成周期性图案排列的条状层。

6.如权利要求1、2所述的基于BP材料的光电探测器，其特征在于：BP光电探测器在9.8μm处显示出60.94A/W的响应度，其截止波长可以扩展到中红外范围，在1V的源-漏极偏压下实现了较低的暗电流。

7.如权利要求1、2所述的基于BP材料的光电探测器，其特征在于：BP光电探测器的场效应迁移率为206cm²V^-1s^-1，高于报道的黑磷光电晶体管。

8.如权利要求1、2所述的基于BP材料的光电探测器，其特征在于：在可见光范围内，具有纳米级等离子体光栅结构的BP光电探测器的响应性随着波长的增加而缓慢增加，然后在达到峰值后逐渐减小，当波长为9.8μm时，响应度高达60.94A/W.对于整个电信窗口，BP光电探测器的响应度比Ge或GeSn光电探测器的响应度高两个级别。

9.如权利要求1、2所述的基于BP材料的光电探测器，其特征在于：当波长为6.5μm时，BP光电探测器吸收系数可达到3241cm^-1的峰值；考虑到截止波长，对于20层BP，截止波长为13μm；20层BP的截止波长红移，可进一步扩展到远红外线(FIR)波段范围。

10.如权利要求1、2所述的基于BP材料的光电探测器，其特征在于：当光栅宽度为160nm时，BP光电探测器获得最大吸收峰；当光栅高度为5nm时，BP光电探测器电场强度可达到最大值。