CN109786498B - 一种基于二维半导体材料的红外探测元件及其制备方法 - Google Patents

一种基于二维半导体材料的红外探测元件及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于二维半导体材料的红外探测元件及其制备方法，元件包括自下而上分布的衬底、沟道层和红外辐射吸收层，沟道层上分别设有源极、漏极、第一栅介质层和第二栅介质层，第一栅介质层采用具有热释电效应的介质层，第二栅介质层采用不具有热释电效应的介质层，沟道层为二维材料沟道层。本发明的红外辐射吸收层能吸收一定的红外辐射产生相应的温度变化，进而通过第一栅介质层的热释电效应产生极化电荷变化，配合第二栅介质层引起沟道电流变化，使得探测元件实现了放大功能，提高了灵敏度；以整个探测元件作为检测沟道电流变化的检测器件，提高了响应速度；沟道层利用了二维材料，降低了功耗，可广泛应用于半导体技术领域。

Description

一种基于二维半导体材料的红外探测元件及其制备方法
技术领域
本发明涉及半导体领域，尤其是一种基于二维半导体材料的红外探测元件及其制备方法。
背景技术
红外探测元件可以将入射的红外辐射转换为电信号供红外探测系统直接读出，是红外探测系统的核心部件。根据探测原理，红外探测元件可以分为光子探测元件、热探测元件和辐射场探测元件等。其中应用最为广泛、性能最高的为光子探测元件，以HgCdTe化合物半导体为代表的光电导和光伏型探测元件是目前市场上的主流探测元件。随着红外探测元件的迅速发展，其应用领域也由最初的军事探测拓展到了天文研究、遥感、医疗以及消费类电子产品等众多民用领域。HgCdTe红外探测元件需要工作在极低的温度下，需要制冷系统，成本高昂且使用场合受限。因此近年来，市场上出现了各种各样的新材料和新型元件结构，其主要目的是开发出可工作在室温的新型非制冷型红外探测元件。
目前的非制冷型红外探测元件普遍采用非晶硅和氧化钒为探测材料制备的辐射测热计。相对于光子探测元件，目前的非制冷型红外探测元件的灵敏度比较低，响应速度比较慢，并且需要额外的偏置电路用于探测元件工作条件和传感元件信号的检测。此外，目前的非制冷型红外探测元件大多采用硅等三维半导体材料构成的晶体管来工作在放大区，导致非制冷型红外探测元件的功耗较高。
因此，发明具有高灵敏度、响应快速和低功耗的非制冷红外探测元件对于提高红外探测元件性能和拓展其应用具有重要的意义，是红外探测元件技术的重要发展方向。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种高灵敏度、响应快速和低功耗的红外探测元件及其制备方法。
本发明一方面所采取的技术方案是：
一种基于二维半导体材料的红外探测元件，包括自下而上分布的衬底、沟道层和红外辐射吸收层，所述沟道层上分别设有源极、漏极、第一栅介质层和第二栅介质层，所述第一栅介质层上设有第一栅电极，所述第二栅介质层上设有第二栅电极，所述第一栅介质层采用具有热释电效应的介质层，所述第二栅介质层采用不具有热释电效应的介质层，所述沟道层为二维材料沟道层。
进一步，所述第一栅介质层位于沟道层的上表面，所述源极和漏极分别位于第一栅介质层的两侧，所述第一栅电极位于第一栅介质层的上表面，所述红外辐射吸收层位于第一栅电极的上表面，所述第二栅介质层位于沟道层的下表面，所述第二栅电极位于第二栅介质层的下表面；
或者，所述第二栅介质层位于沟道层的上表面，所述源极和漏极分别位于第二栅介质层的两侧，所述第二栅电极位于第二栅介质层的上表面，所述红外辐射吸收层位于第二栅电极的上表面，所述第一栅介质层位于沟道层的下表面，所述第一栅电极位于第一栅介质层的下表面。
进一步，还包括腐蚀孔和衬底悬空层，所述腐蚀孔依次穿过第一栅介质层和第一栅电极后连接衬底悬空层；
或者所述腐蚀孔依次穿过第二栅介质层和第二栅电极后连接衬底悬空层。
进一步，所述第一栅介质层为由LiNbO3、LiTaO3、PZT、PLZT、PLZST、P(VDF-TrFE)和BST中的任意一种或任意几种材料的组合构成的薄膜层。
进一步，所述沟道层为由石墨烯、黑磷和过渡金属二硫化物中的任意一种或任意几种二维材料中的组合构成的薄膜层，所述过渡金属二硫化物包括MoS2、WSe2和WS2。
进一步，所述第二栅介质层为由SiO2、ZrO2、Al2O3、HfO2、BN和氮化硅中的任意一种材料或任意几种材料的组合构成的薄膜层。
本发明另一方面所采取的技术方案是：
一种基于二维半导体材料的红外探测元件的制备方法，包括以下步骤：
在衬底上淀积金属材料层，然后对衬底上淀积的金属材料层通过光刻和刻蚀工艺形成第一栅电极；
将具有热释电效应的介质层淀积在第一栅电极上，然后对具有热释电效应的介质层进行光刻和刻蚀形成第一栅介质层；
在第一栅介质层上淀积沟道材料层，然后对沟道材料层进行光刻和等离子刻蚀形成沟道层；
在沟道层上淀积金属材料层，然后对沟道层上淀积的金属材料层进行光刻和刻蚀形成源极和漏极，或者对沟道层上淀积的金属材料层使用剥离方法形成源极和漏极；
在沟道层上淀积不具有热释电效应的介质层，然后对不具有热释电效应的介质层进行光刻和刻蚀形成第二栅介质层；
在第二栅介质层上淀积金属材料层，然后对第二栅介质层上淀积的金属材料层通过光刻和刻蚀工艺形成第二栅电极；
在第二栅电极上淀积具有红外辐射吸收效果的材料层，然后对具有红外辐射吸收效果的材料层进行光刻和刻蚀形成红外辐射吸收层。
进一步，还包括以下步骤：
对第二栅电极和第二栅介质层通过刻蚀工艺形成腐蚀孔；
通过腐蚀孔对衬底采用横向刻蚀或气相刻蚀工艺形成衬底悬空层。
本发明另一方面所采取的方案是：
一种基于二维半导体材料的红外探测元件的制备方法，包括以下步骤：
在衬底上淀积金属材料层，然后对衬底上淀积的金属材料层通过光刻和刻蚀工艺形成第二栅电极；
将不具有热释电效应的介质层淀积在第二栅电极上，然后对不具有热释电效应的介质层进行光刻和刻蚀形成第二栅介质层；
在第二栅介质层上淀积沟道材料层，然后对沟道材料层进行光刻和等离子刻蚀形成沟道层；
在沟道层上淀积金属材料层，然后对沟道层上淀积的金属材料层进行光刻和刻蚀形成源极和漏极，或者对沟道层上淀积的金属材料层使用剥离方法形成源极和漏极；
在沟道层上淀积具有热释电效应的介质层，然后对具有热释电效应的介质层进行光刻和刻蚀形成第一栅介质层；
在第一栅介质层上淀积金属材料层，然后对第一栅介质层上淀积的金属材料层通过光刻和刻蚀工艺形成第一栅电极；
在第一栅电极上淀积具有红外辐射吸收效果的材料层，然后对具有红外辐射吸收效果的材料层进行光刻和刻蚀形成红外辐射吸收层；
进一步，还包括以下步骤：
对第一栅电极和第一栅介质层通过刻蚀工艺形成腐蚀孔；
通过腐蚀孔对衬底采用横向刻蚀或气相刻蚀工艺形成衬底悬空层。
本发明的红外探测元件的有益效果是：本发明一种基于二维半导体材料的红外探测元件及其制备方法，包括沟道层、红外辐射吸收层、第一栅介质层和第二栅介质层，红外辐射吸收层能吸收一定的红外辐射产生相应的温度变化，进而通过第一栅介质层的热释电效应产生极化电荷变化，配合第二栅介质层引起沟道电流变化，使得探测元件实现了放大功能，提高了探测元件的灵敏度；以整个探测元件作为检测沟道电流变化的检测器件，无需额外制备检测电路，提高了探测元件的响应速度；沟道层为二维材料沟道层，利用了具有更高的载流子迁移率特性的二维材料构成沟道层，降低了探测元件的功耗。
附图说明
图1为本发明的红外探测元件的一种结构剖面图；
图2为本发明的红外探测元件的另一种结构剖面图。
具体实施方式
参照图1或图2，本发明提供了一种基于二维半导体材料的红外探测元件，包括自下而上分布的衬底101、沟道层104和红外辐射吸收层108，所述沟道层上分别设有源极105、漏极111、第一栅介质层103和第二栅介质层106，所述第一栅介质层103上设有第一栅电极102，所述第二栅介质层106上设有第二栅电极107，所述第一栅介质层103采用具有热释电效应的介质层，所述第二栅介质层106采用不具有热释电效应的介质层，所述沟道层104为二维材料沟道层。
进一步作为优选的实施方式，所述第一栅介质层103位于沟道层104的上表面，所述源极105和漏极111分别位于第一栅介质层103的两侧，所述第一栅电极102位于第一栅介质层103的上表面，所述红外辐射吸收层108位于第一栅电极102的上表面，所述第二栅介质层106位于沟道层104的下表面，所述第二栅电极107位于第二栅介质层106的下表面，如图1所示；
或者，所述第二栅介质层106位于沟道层104的上表面，所述源极105和漏极111分别位于第二栅介质层106的两侧，所述第二栅电极107位于第二栅介质层106的上表面，所述红外辐射吸收层108位于第二栅电极107的上表面，所述第一栅介质层103位于沟道层104的下表面，所述第一栅电极102位于第一栅介质层103的下表面，如图2所示。
其中，第一栅电极、第二栅电极、源极和漏极均可采用钛、镍、金、铬、铂、铜、铝、钨、钽、钌和钼中的任意一种或任意几种材料的组合。
红外辐射吸收层能吸收一定热辐射产生温度变化。红外辐射吸收层为由金属薄膜材料、石墨烯和碳纳米管中的任意一种或任意几种材料构成的薄膜层，金属薄膜材料包括普通的金属薄膜材料和多孔金属薄膜材料(如黑铂、黑金等)。
衬底可采用硅衬底、锗硅衬底或其它半导体制造领域所公知的衬底，如可由半导体单晶硅、二氧化硅、多晶硅、非晶硅、砷化镓和有机玻璃中的任意一种或任意几种材料的组合构成。
进一步作为优选的实施方式，所述第一栅介质层为由LiNbO3、LiTaO3、PZT、PLZT、PLZST、P(VDF-TrFE)和BST中的任意一种或任意几种材料的组合构成的薄膜层。
其中，第一栅介质层可采用具有热释电特性的材料制成。这些具有热释电特性的材料可为LiNbO3、LiTaO3、PZT、PLZT、PLZST、P(VDF-TrFE)和BST的任意一种或任意几种。P(VDF-TrFE)为聚(偏氟乙烯-三氟乙烯)，是一种新型高分子压电材料。
进一步作为优选的实施方式，所述沟道层为由石墨烯、黑磷和过渡金属二硫化物的任意一种或任意几种二维材料的组合构成的薄膜层，所述过渡金属二硫化物包括MoS2、WSe2和WS2。
其中，沟道层的材料可为石墨烯、黑磷和过渡金属二硫化物(包括MoS2，WSe2和WS2等)中的任意一种或任意几种二维材料，这些二维材料相对于普通的三维材料(比如硅材料)，具有更高的载流子迁移率，降低了探测元件的功耗。
进一步作为优选的实施方式，所述第二栅介质层为由SiO2、ZrO2、Al2O3、HfO2、BN和氮化硅中的任意一种材料或任意几种材料的组合构成的薄膜层。
本发明还提供了一种基于二维半导体材料的红外探测元件的制备方法，包括以下步骤：
在衬底上淀积金属材料层，然后对衬底上淀积的金属材料层通过光刻和刻蚀工艺形成第一栅电极；
将具有热释电效应的介质层淀积在第一栅电极上，然后对具有热释电效应的介质层进行光刻和刻蚀形成第一栅介质层；
在第一栅介质层上淀积沟道材料层，然后对沟道材料层进行光刻和等离子刻蚀形成沟道层；
在沟道层上淀积金属材料层，然后对沟道层上淀积的金属材料层进行光刻和刻蚀形成源极和漏极，或者对沟道层上淀积的金属材料层使用剥离方法形成源极和漏极；
在沟道层上淀积不具有热释电效应的介质层，然后对不具有热释电效应的介质层进行光刻和刻蚀形成第二栅介质层；
在第二栅介质层上淀积金属材料层，然后对第二栅介质层上淀积的金属材料层通过光刻和刻蚀工艺形成第二栅电极；
在第二栅电极上淀积具有红外辐射吸收效果的材料层，然后对具有红外辐射吸收效果的材料层进行光刻和刻蚀形成红外辐射吸收层。
进一步作为优选的实施方式，还包括以下步骤：
对第二栅电极和第二栅介质层通过刻蚀工艺形成腐蚀孔；
通过腐蚀孔对衬底采用横向刻蚀或气相刻蚀工艺形成衬底悬空层。
本发明还提供了一种基于二维半导体材料的红外探测元件的制备方法，包括以下步骤：
在衬底上淀积金属材料层，然后对衬底上淀积的金属材料层通过光刻和刻蚀工艺形成第二栅电极；
将不具有热释电效应的介质层淀积在第二栅电极上，然后对不具有热释电效应的介质层进行光刻和刻蚀形成第二栅介质层；
在第二栅介质层上淀积沟道材料层，然后对沟道材料层进行光刻和等离子刻蚀形成沟道层；
在沟道层上淀积金属材料层，然后对沟道层上淀积的金属材料层进行光刻和刻蚀形成源极和漏极，或者对沟道层上淀积的金属材料层使用剥离方法形成源极和漏极；
在沟道层上淀积具有热释电效应的介质层，然后对具有热释电效应的介质层进行光刻和刻蚀形成第一栅介质层；
在第一栅介质层上淀积金属材料层，然后对第一栅介质层上淀积的金属材料层通过光刻和刻蚀工艺形成第一栅电极；
在第一栅电极上淀积具有红外辐射吸收效果的材料层，然后对具有红外辐射吸收效果的材料层进行光刻和刻蚀形成红外辐射吸收层。
进一步作为优选的实施方式，还包括以下步骤：
对第一栅电极和第一栅介质层通过刻蚀工艺形成腐蚀孔；
通过腐蚀孔对衬底采用横向刻蚀或气相刻蚀工艺形成衬底悬空层。
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步解释和说明。
实施例1
参照图1，本发明的第一实施例：
该红外探测元件从下到上依次包括：衬底101、衬底悬空层110及腐蚀孔109、第一栅电极102、第一栅介质层103、沟道层104、源极105、漏极111、第二栅介质层106、第二栅电极107和红外辐射吸收层108。
其中，第二栅介质层106位于沟道层104的上表面，第二栅介质层106两侧分别有源极105和漏极111，第二栅电极107位于第二栅介质层106的上表面，红外辐射吸收层108位于第二栅电极107的上表面，第一栅介质层103位于沟道层104的下表面，第一栅电极102位于第一栅介质层103的下表面。
为了形成图1所示的红外探测元件结构，本实施例采用的制备方法包括以下步骤：
制备衬底101；
制备第一栅电极102：在衬底101上淀积金属材料层，然后对衬底上淀积的金属材料层通过光刻和刻蚀工艺形成第一栅电极102；
制备第一栅介质层103：将具有热释电效应的介质层淀积在第一栅电极102上，然后对具有热释电效应的介质层进行光刻和刻蚀形成第一栅介质层103；
制备沟道层104：在第一栅介质层上淀积沟道材料层，然后对沟道材料层行光刻和等离子刻蚀形成沟道层104；
制备源极105和漏极111：在沟道层上淀积金属材料层，然后对沟道层上淀积的金属材料层进行光刻和刻蚀工艺形成源极105和漏极111，或者对沟道层上淀积的金属材料层使用剥离方法形成源极105和漏极111；
制备第二栅介质层106：在沟道层上淀积不具有热释电效应的介质层，然后对不具有热释电效应的介质层进行光刻和刻蚀形成第二栅介质层106；
制备第二栅电极107：在第二栅介质层106上淀积金属材料层，然后对第二栅介质层上淀积的金属材料层通过光刻和刻蚀工艺形成第二栅电极107；
制备红外辐射吸收层108：在第二栅电极107上淀积具有红外辐射吸收效果的材料层，然后对具有红外辐射吸收效果的材料层进行光刻和刻蚀形成红外辐射吸收层108。
红外探测元件的悬空：在第二栅电极107和第二栅介质层106上通过刻蚀形成腐蚀孔109；
通过腐蚀孔109对衬底101采用横向刻蚀或气相刻蚀形成衬底悬空层110。
实施例2
参照图2，本发明的第二实施例：
该红外探测元件从下到上依次包括：衬底101、衬底悬空层110及腐蚀孔109、第二栅电极107、第二栅介质层106、沟道层104、源极105、漏极111、第一栅介质层103、第一栅电极102和红外辐射吸收层108。
其中，第一栅介质层103位于沟道层104的上表面，第一栅介质层103两侧分别有源极105和漏极111，第一栅电极102位于第一栅介质层103的上表面，红外辐射吸收层108位于第一栅电极102的上表面，第二栅介质层106位于沟道层104的下表面，第二栅电极107位于第二栅介质层106的下表面。
为了形成图2所示的红外探测元件结构，本实施例采用的制备方法包括以下步骤：
制备衬底101；
制备第二栅电极107：在衬底101上淀积金属材料层，然后对衬底上淀积的金属材料层通过光刻和刻蚀工艺形成第二栅电极107；
制备第二栅介质层106：将具有热释电效应的介质层淀积在第二栅电极107上，然后对具有热释电效应的介质层进行光刻和刻蚀工艺形成第二栅介质层106；
制备沟道层104：在第二栅介质层上106淀积沟道材料层，然后对沟道材料层进行光刻和等离子刻蚀工艺形成沟道层104；
制备源极105和漏极111：在沟道层104上淀积金属材料层，然后对沟道层上淀积的金属材料层进行光刻和刻蚀工艺形成源极105和漏极111，或者对沟道层上淀积的金属材料层使用剥离方法在沟道层上方形成源极105和漏极111；
制备第一栅介质层103：在沟道层104上淀积具有热释电效应的介质层，然后对具有热释电效应的介质层进行光刻和刻蚀工艺形成第一栅介质层103；
制备第一栅电极102：在第一栅介质层103上淀积金属材料层，然后对第一栅介质层上淀积的金属材料层通过光刻和刻蚀工艺形成第一栅电极102；
制备红外辐射吸收层108：在第一栅电极102上淀积具有红外辐射吸收效果的材料层，然后对红外辐射吸收效果的材料层进行光刻和刻蚀工艺形成红外辐射吸收层108；
红外探测元件的悬空：在第一栅电极102和第一栅介质层103上通过刻蚀形成腐蚀孔109；
通过腐蚀孔109对衬底101采用横向刻蚀或气相刻蚀工艺形成衬底悬空层110。
综上所述，本发明的一种基于二维半导体材料的红外探测元件及制备方法具有以下优点：
(1)高灵敏度：探测元件的第二栅介质层为不具有热释电效应的普通介质层，将二维材料晶体管偏置在亚阈值区，当红外辐射吸收层吸收一定的红外辐射产生温度变化时，使得具有热释电效应的第一栅介质层的极化电荷发生变化，从而引起沟道电流的变化，沟道电流的变化量等于跨导乘以栅源间的电压小信号的变化量，使得探测元件实现了放大功能。
(2)响应快速：以整个探测元件作为检测沟道电流变化的检测器件，无需额外制备检测电路，就可以探测到相应的红外辐射功率大小，提高了探测元件的响应速度。
(3)低功耗：沟道层为由石墨烯、黑磷和过渡金属二硫化物中的任意一种或任意几种二维材料的组合构成的薄膜层，相对于普通的三维材料(比如硅材料)，二维材料的载流子具有更高的迁移率，降低了探测元件的功耗。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种基于二维半导体材料的红外探测元件，其特征在于：包括自下而上分布的衬底、沟道层和红外辐射吸收层，所述沟道层上分别设有源极、漏极、第一栅介质层和第二栅介质层，所述第一栅介质层上设有第一栅电极，所述第二栅介质层上设有第二栅电极，所述第一栅介质层采用具有热释电效应的介质层，所述第二栅介质层采用不具有热释电效应的介质层，所述沟道层为二维材料沟道层，所述第一栅介质层与所述第二栅介质层分别位于所述沟道层的两侧。
2.根据权利要求1所述的一种基于二维半导体材料的红外探测元件，其特征在于：所述第一栅介质层位于沟道层的上表面，所述源极和漏极分别位于第一栅介质层的两侧，所述第一栅电极位于第一栅介质层的上表面，所述红外辐射吸收层位于第一栅电极的上表面，所述第二栅介质层位于沟道层的下表面，所述第二栅电极位于第二栅介质层的下表面；或者，所述第二栅介质层位于沟道层的上表面，所述源极和漏极分别位于第二栅介质层的两侧，所述第二栅电极位于第二栅介质层的上表面，所述红外辐射吸收层位于第二栅电极的上表面，所述第一栅介质层位于沟道层的下表面，所述第一栅电极位于第一栅介质层的下表面。
3.根据权利要求2所述的一种基于二维半导体材料的红外探测元件，其特征在于：还包括腐蚀孔和衬底悬空层，所述腐蚀孔依次穿过第一栅介质层和第一栅电极后连接衬底悬空层；
或者所述腐蚀孔依次穿过第二栅介质层和第二栅电极后连接衬底悬空层。
4.根据权利要求1所述的一种基于二维半导体材料的红外探测元件，其特征在于：所述第一栅介质层为由LiNbO3、LiTaO3、PZT、PLZT、PLZST、P(VDF-TrFE)和BST中的任意一种或任意几种材料的组合构成的薄膜层。
5.根据权利要求1所述的一种基于二维半导体材料的红外探测元件，其特征在于：所述沟道层为由石墨烯、黑磷和过渡金属二硫化物中的任意一种或任意几种二维材料的组合构成的薄膜层，所述过渡金属二硫化物包括MoS2、WSe2和WS2。
6.根据权利要求1所述的一种基于二维半导体材料的红外探测元件，其特征在于：所述第二栅介质层为由SiO2、ZrO2、Al2O3、HfO2、BN和氮化硅中的任意一种材料或任意几种材料的组合构成的薄膜层。
7.一种基于二维半导体材料的红外探测元件的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
在衬底上淀积金属材料层，然后对衬底上淀积的金属材料层通过光刻和刻蚀工艺形成第一栅电极；
将具有热释电效应的介质层淀积在第一栅电极上，然后对具有热释电效应的介质层进行光刻和刻蚀形成第一栅介质层；
在第一栅介质层上淀积沟道材料层，然后对沟道材料层进行光刻和等离子刻蚀形成沟道层；
在沟道层上淀积金属材料层，然后对沟道层上淀积的金属材料层进行光刻和刻蚀形成源极和漏极，或者对沟道层上淀积的金属材料层使用剥离方法形成源极和漏极；
在沟道层上淀积不具有热释电效应的介质层，然后对不具有热释电效应的介质层进行光刻和刻蚀形成第二栅介质层；
在第二栅介质层上淀积金属材料层，然后对第二栅介质层上淀积的金属材料层通过光刻和刻蚀工艺形成第二栅电极；
在第二栅电极上淀积具有红外辐射吸收效果的材料层，然后对具有红外辐射吸收效果的材料层进行光刻和刻蚀形成红外辐射吸收层。
8.根据权利要求7所述的一种基于二维半导体材料的红外探测元件的制备方法，其特征在于：还包括以下步骤：
对第二栅电极和第二栅介质层通过刻蚀工艺形成腐蚀孔；
通过腐蚀孔对衬底采用横向刻蚀或气相刻蚀工艺形成衬底悬空层。
9.一种基于二维半导体材料的红外探测元件的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
在衬底上淀积金属材料层，然后对衬底上淀积的金属材料层通过光刻和刻蚀工艺形成第二栅电极；
将不具有热释电效应的介质层淀积在第二栅电极上，然后对不具有热释电效应的介质层进行光刻和刻蚀形成第二栅介质层；
在第二栅介质层上淀积沟道材料层，然后对沟道材料层进行光刻和等离子刻蚀形成沟道层；
在沟道层上淀积金属材料层，然后对沟道层上淀积的金属材料层进行光刻和刻蚀形成源极和漏极，或者对沟道层上淀积的金属材料层使用剥离方法形成源极和漏极；
在沟道层上淀积具有热释电效应的介质层，然后对具有热释电效应的介质层进行光刻和刻蚀形成第一栅介质层；
在第一栅介质层上淀积金属材料层，然后对第一栅介质层上淀积的金属材料层通过光刻和刻蚀工艺形成第一栅电极；
在第一栅电极上淀积具有红外辐射吸收效果的材料层，然后对具有红外辐射吸收效果的材料层进行光刻和刻蚀形成红外辐射吸收层。
10.根据权利要求9所述的一种基于二维半导体材料的红外探测元件的制备方法，其特征在于：还包括以下步骤：
对第一栅电极和第一栅介质层通过刻蚀工艺形成腐蚀孔；
通过腐蚀孔对衬底采用横向刻蚀或气相刻蚀工艺形成衬底悬空层。
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