CN109920863A - 窄禁带半导体薄膜、光敏二极管及制备方法 - Google Patents

Abstract

窄禁带半导体薄膜、光敏二极管及制备方法，属于电子信息材料与元器件领域，本发明的窄禁带半导体薄膜包括重叠设置于衬底基片上的二维硫族化合物薄膜层和窄禁带半导体层，所述二维硫族化合物薄膜层的材料至少包括下述选定硫族化合物材料之一：MoSe₂、WSe₂、HfSe₂、ZrSe₂、NbSe₂、TaSe₂、MoTe₂、WTe₂、HfTe₂、ZrTe₂、NbTe₂、TaTe₂及由MoSe₂、WSe₂、HfSe₂、ZrSe₂、NbSe₂、TaSe₂、MoTe₂、WTe₂、HfTe₂、ZrTe₂、NbTe₂、TaTe₂；所述窄禁带半导体层的材料的材料至少包括下述各材料之一：Pb_1‑xSn_xSe和Pb_1‑xSn_xTe，其中0≤x≤1。本发明的光敏二极管具有较高光响应度和探测率。

Description

窄禁带半导体薄膜、光敏二极管及制备方法

技术领域

本发明属于电子信息材料与元器件领域，具体涉及由二维硫族化合物薄膜与Ⅳ-Ⅵ族窄禁带半导体异质结光敏二极管的构造及其制造方法，可用于红外辐射的探测领域。

背景技术

近年来，光电探测技术受到了越来越多的关注，作为光电探测的重要方向，红外探测一直是各国大力发展的重要科技领域，在军民诸多方面都具有重要价值，如红外夜视仪和热像仪，用于远距离侦查、监视、跟踪和伪装探测等等。常见的用于红外探测的窄带隙半导体材料有PbS、PbSe、PbTe、HgCdTe以及由SnSe、SnTe、PbSe、PbTe所形成的固溶体Pb_{1- x}Sn_xSe、Pb_1-xSn_xTe(通常简写为PbSnSe、PbSnTe)。HgCdTe虽然探测性能好，但其Hg-Te键能弱，热稳定性差。Ⅳ-Ⅵ族半导体PbS、PbSe、PbTe、SnSe、SnTe、PnSnSe、PbSnTe也都是重要的红外探测材料，具有优异的红外响应特性，但也存在两大材料性能缺点，第一，这类材料往往具有较高的结点常数，其基于pn结的光电探测器具有较高的结电容，这就导致器件的频率响应特性较差；第二，这类材料的热膨胀系数往往较大，通常达到约20ppm/K，而Si等常见半导体材料热膨胀系数通常介于4～6ppm/K，差异巨大，这不仅制约了Ⅳ-Ⅵ族半导体在Si等基片上的外延生长质量，也容易引起在高低温循环过程中器件的失效，从而削弱了其在大面阵成像芯片研制方面的技术价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有较低热膨胀系数差异的窄禁带半导体薄膜，以及具有较高光响应度和探测率的光敏二极管及其制备方法。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，窄禁带半导体薄膜，其特征在于，包括重叠设置于衬底基片上的二维硫族化合物薄膜层和窄禁带半导体层，所述二维硫族化合物薄膜层的材料至少包括下述选定硫族化合物材料之一：

MoSe₂、WSe₂、HfSe₂、ZrSe₂、NbSe₂、TaSe₂、MoTe₂、WTe₂、HfTe₂、ZrTe₂、NbTe₂、TaTe₂及由MoSe₂、WSe₂、HfSe₂、ZrSe₂、NbSe₂、TaSe₂、MoTe₂、WTe₂、HfTe₂、ZrTe₂、NbTe₂、TaTe₂；

所述窄禁带半导体层的材料的材料至少包括下述各材料之一：

Pb_1-xSn_xSe和Pb_1-xSn_xTe，其中0≤x≤1。

所述所述二维硫族化合物薄膜层的材料包括各选定硫族化合物材料中任意两种。

所述所述二维硫族化合物薄膜层的厚度为1.3纳米～13纳米，所述窄禁带半导体层的厚度为30纳米～300纳米。符号“～”表示包含端点值。

所述衬底基片的材质为Si、SiO₂或GaSb。

本发明还提供一种采用前述窄禁带半导体薄膜的光敏二极管，包括分别与二维硫族化合物薄膜层和窄禁带半导体层形成电连接的电极。

本发明还提供一种光敏二极管的制备方法，包括下述步骤：

1)衬底基片清洗；

2)在基片上制备第一功能层和处于第一功能层上表面的第二功能层；所述第一功能层为二维硫族化合物薄膜层，第二功能层为窄禁带半导体层；或者第二功能层为二维硫族化合物薄膜层，第一功能层为窄禁带半导体层；

3)在第二功能层的顶部设置第一电极；

4)刻蚀第一电极覆盖范围之外的第二功能层，暴露第一功能层；

5)在第一功能层上设置第二电极；

所述二维硫族化合物薄膜层的材料至少包括下述选定硫族化合物材料之一：

MoSe₂、WSe₂、HfSe₂、ZrSe₂、NbSe₂、TaSe₂、MoTe₂、WTe₂、HfTe₂、ZrTe₂、NbTe₂、TaTe₂及由MoSe₂、WSe₂、HfSe₂、ZrSe₂、NbSe₂、TaSe₂、MoTe₂、WTe₂、HfTe₂、ZrTe₂、NbTe₂、TaTe₂；

所述窄禁带半导体层的材料的材料至少包括下述各材料之一：

Pb_1-xSn_xSe和Pb_1-xSn_xTe，其中0≤x≤1。

本发明通过二维硫族化合物半导体MX₂薄膜与Ⅳ-Ⅵ族半导体构造出Ⅱ类异质界面，一方面，利用异质结结电容仅与界面有关、结电容极小，避免了pn结型光电探测器件的结电容问题，另一方面，利用二维硫族化合物层间为范德瓦尔斯结合、其结合力极弱的特点，从而克服Ⅳ-Ⅵ族半导体热膨胀系数差异所引起的一系列技术难题，为Ⅳ-Ⅵ族半导体红外探测技术的发展探索出一条新的技术路线。

附图说明

图1为实施例1和例2中的PbSe薄膜的X射线衍射图谱，表明所制备Ⅳ-Ⅵ族半导体材料具有良好的质量；

图2为实施例1中和例2中的MoSe₂薄膜的喇曼(Raman)图谱，表明所制备二维硫族化合物半导体具有良好的质量；

图3为实施例1中和例2中的PbSe、Pb_0.8Sn_0.2Se和SnSe的透射谱曲线拟合图，其中(a)为PbSe，(b)为Pb_0.8Sn_0.2Se，(c)为SnSe；

图4为PbSe/MoSe₂异质结和HfSe₂/PbSe异质结的界面能带结构设计结果,并基于界面能带结构表示出了光生载流子在界面的空间分离机制和过程；

图5为实施例1中采用干法刻蚀制备PbSe/MoSe₂异质结二极管的工艺流程；(a)为窄禁带半导体层(PbSe)生长过程，(b)为MoSe₂生长过程，(c)为光刻和图形化电极过程，(d)为刻蚀过程，(e)为二次光刻和制备电极过程，(f)为最终器件结构及器件性能测试过程示意图；编号1代表基片，编号2代表PbSe薄膜，编号3代表MoSe₂薄膜，编号4代表金属电极，编号5代表光刻胶。

图6为实施例1采用干法刻蚀制备的PbSe/MoSe₂异质结二极管工作模式示意图，其中,(a)为零偏压下的工作模式，(b)为负偏压下的工作模式；编号1代表基片，编号2代表PbSe薄膜，编号3代表MoSe₂薄膜，编号4代表金属电极，编号5代表光刻胶。

图7为实施例1中PbSe/MoSe₂异质结二极管的电流-电压曲线；其中,(a)为无光照条件下器件的暗电流随电压变化曲线，(b)为暗电流以及1300nm光照下的光电流随电压变化曲线；

图8为实施例1中PbSe/MoSe₂异质结二极管在零偏压工作模式下的瞬态响应特性，表示在零偏压下器件在1300nm红外光源照射下和关掉光源后器件的电流变化情况；

图9为实施例1中PbSe/MoSe₂异质结二极管在负偏压工作模式下的瞬态响应特性，表示在-5V偏压下器件在1300nm红外光源照射下和关掉光源后器件的电流变化情况；

图10为实施例2采用湿法刻蚀制备MoSe₂/PbSe异质结二极管的工艺流程；(a)为MoSe₂生长过程，(b)为PbSe生长过程，(c)为光刻过程，(d)为刻蚀过程，(e)为光刻和制备电极过程，(f)为最终器件结构及器件性能测试过程示意图；编号1代表基片，编号2代表PbSe薄膜，编号3代表MoSe₂薄膜，编号4代表金属电极，编号5代表光刻胶。

图11为实施例2采用湿法刻蚀制备的MoSe₂/PbSe异质结二极管结构示意图及工作模式示意图；编号1代表基片，编号2代表PbSe薄膜，编号3代表MoSe₂薄膜，编号4代表金属电极，编号5代表光刻胶。

图12为实施例2中MoSe₂/PbSe异质结二极管的电流-电压曲线；其中,(a)为无光照条件下器件的暗电流随电压变化曲线，(b)为暗电流及在1300nm光照下的器件光电流随电压变化曲线；

图13为实施例2中MoSe₂/PbSe异质结二极管在零偏压工作模式下的瞬态响应特性，表示在零偏压下器件在1300nm红外光源照射下和关掉光源后器件的电流变化情况；

图14为实施例2中MoSe₂/PbSe异质结二极管在负偏压工作模式下的瞬态响应特性，表示在-5V偏压下器件在1300nm红外光源照射下和关掉光源后器件的电流变化情况；。

在图5、图6、图10以及图11中，编号1代表基片，编号2代表PbSe薄膜，编号3代表MoSe₂薄膜，编号4代表金属电极，编号5代表光刻胶；

具体实施方式

本发明在基片上依次生长构造异质结所需的Pb_1-xSn_xSe、Pb_1-xSn_xTe、MX₂薄膜构成Pb_1-xSn_xSe/MX₂、Pb_1-xSn_xTe/MX₂双层薄膜材料，该双层薄膜材料的界面即为异质结。MX₂为二维硫族化合物。

在异质结材料的制备过程中，Pb_1-xSn_xSe和Pb_1-xSn_xTe薄膜中Sn组分x是通过调节Sn和Pb的束流比例进行控制的，并介于0到1之间，包括：PbS、PbSe、PbTe、SnSe、SnTe、PnSnSe、PbSnTe。在完成异质结材料制备的基础上，采用湿法刻蚀处理Pb_1-xSn_xSe和Pb_1-xSn_xTe层，采用等离子体刻蚀处理MX₂层，从而制备出Pb_1-xSn_xSe/MSe₂及Pb_1-xSn_xTe/MTe₂异质结光敏二极管。

下面结合附图和实施例，详细阐述本发明的技术方案。

实施例1：采用分子束外延技术，以PbSe、SnSe、MoSe₂和Se作为源，在GaSb、SiO₂以及Si衬底上顺序沉积了PbSe和MoSe₂薄膜、Pb_0.8Sn_0.2Se和MoSe₂薄膜、SnSe和MoSe₂薄膜，构成PbSe/MoSe₂、Pb_0.8Sn_0.2Se/MoSe₂、SnSe/MoSe₂异质结，并通过光刻、图形化电极、氧等离子体刻蚀等方法，制备了PbSe/MoSe₂、Pb_0.8Sn_0.2Se/MoSe₂、SnSe/MoSe₂异质结二极管，具体工艺流程如图5所示，包括：

步骤1、衬底表面处理：将衬底基片(材质为Si、SiO₂或GaSb)依次在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗10min，并用氮气吹干后置于120℃的加热台烘烤5min，去除衬底表面吸附的水汽。

步骤2、窄禁带半导体层的制备

窄禁带半导体层的材质选用PbSe、SnSe或Pb_0.8Sn_0.2Se，分别说明如下：

PbSe薄膜的制备：采用分子束外延技术，以PbSe为源，在经步骤1清洗过的SiO₂衬底上生长厚度约为100nm的PbSe薄膜。生长条件为：背底真空度2.0×10^-4Pa，生长温度为200℃，PbSe源温度为600℃，生长时间为2h；

SnSe薄膜的制备：采用分子束外延技术，以SnSe为源，在经步骤1清洗过的GaSb单晶衬底上生长厚度约为100nm的SnSe薄膜；生长条件为：背底真空度为2.0×10^-4Pa，生长温度200℃，SnSe源温度550℃，生长时间2h；

Pb_0.8Sn_0.2Se薄膜的制备：采用分子束外延技术，以PbSe和SnSe为源，在经步骤1清洗过的GaSb单晶衬底上生长厚度约为100nm的Pb_0.8Sn_0.2Se薄膜；生长条件为：背底真空度为2.0×10^-4Pa，生长温度200℃，PbSe源温度600℃，SnSe源温度500℃，生长时间2h；

步骤3、MoSe₂薄膜的制备：采用分子束外延技术，以MoSe₂为源，在经步骤2所生长的PbSe薄膜、SnSe薄膜、Pb_0.8Sn_0.2Se薄膜表面继续生长厚度约为10nm的MoSe₂薄膜，构成PbSe/MoSe₂、SnSe/MoSe₂、Pb_0.8Sn_0.2Se/MoSe₂异质结。生长条件为：背底真空度2.0×10^-4Pa，生长温度200℃，电子枪束流30mA，生长时间2h；

步骤4、光刻：①涂胶，将AZ5214反转光刻胶用甩胶机以3000r/min的转速均匀涂覆在经步骤3所生长的薄膜表面；②前烘，将涂胶之后的样品置于100℃的加热台烘烤60s；③首次曝光，将提前准备好的光刻板覆盖在涂抹了光刻胶的样品上，曝光时间为1.4s；④后烘，将曝光后的样品置于120℃加热台烘烤90s；⑤泛曝，去掉光刻板曝光45s；⑥显影，将泛曝后的样品放入显影液，显影30s；⑦检查，在显微镜下检查光刻图形是否整齐或存在缺陷；

步骤5、图形化电极：采用电子束蒸发，在经步骤4光刻后的样品表面依次沉积Ti和Au，Ti的厚度约为10nm，Au的厚度约为100nm，Ti和Au共同构成一个电极。完成电极沉积后，将样品依次放入丙酮、无水乙醇、去离子水中，去除光刻胶及光刻胶表面多余的Ti和Au，再将样品放置于120加℃热台上烘烤5min去除水汽。

步骤6、氧等离子体刻蚀：用氧等离子体刻蚀经步骤5处理的样品，去除电极覆盖范围以外的MoSe₂薄膜。氧气流量为20sccm，功率为15w，刻蚀时间为40s；

步骤7、二次光刻：①涂胶，将AZ5214反转光刻胶用甩胶机以3000r/min的转速均匀涂覆在步骤6中的薄膜上；②前烘，将涂胶之后的样品置于100℃的加热台烘烤60s；③首次曝光，将光刻板覆盖在涂抹了光刻胶的样品上，通过显微镜微调进行对准，对准完成后进行曝光，曝光时间为1.4s；④后烘，将曝光后的样品置于120℃的加热台烘烤90s；⑤泛曝，去掉光刻板曝光45s；⑥显影，将泛曝后的样品放入显影液中，显影30s；⑦检查，在显微镜下检查光刻图形是否整齐或存在缺陷；

步骤8、制备电极：采用电子束蒸发，在经步骤7光刻后的样品表面依次生长Ti和Au，Ti的厚度为10nm，Au的厚度为100nm。生长完成后将样品依次放入丙酮、无水乙醇、去离子水中，去除光刻胶及光刻胶表面多余的Ti和Au，再将样品放置于120℃的加热台上烘烤5min去除水汽。

步骤9、快速退火：将经步骤8得到的样品在氮气保护气体下，以30℃/s的升温速率由室温升至300℃，退火5min，改善金属与半导体的接触，最终得到PbSe/MoSe₂异质结二极管器件。

对本实施例所制备的PbSe、Pb_0.8Sn_0.2Se、SnSe薄膜物相进行了X射线衍射表征，典型衍射图谱如图1所示，图中分别为位于25.02°、29.13°、41.71°、49.48°以及60.52°的衍射峰分别对应于PbSe、Pb_0.8Sn_0.2Se、SnSe薄膜的(111)、(200)、(220)、(311以及(400)晶面特征衍射。根据衍射图谱，所生长PbSe、Pb_0.8Sn_0.2Se、SnSe薄膜表现为a轴择优取向生长。

由于MoSe₂薄膜太薄，其结构特征只能通过拉曼(Raman)进行表征，典型的表征结果如图2所示，根据文献，位于239cm^-1的A_1g峰代表着面间振动模式的，位于289.3cm^-1的E¹ _2g峰代表面内振动模式，因此，Raman测试结果表明：所制备的MoSe₂薄膜质量良好，同时，位于350cm^-1的B¹ _2g峰的出现也说明：所生长的MoSe₂薄膜并非单层二维材料(只有Se-Mo-Se三层原子厚度的薄膜)，而是少层二维材料(介于1.3纳米到13纳米厚度之间的薄膜)。

此外，对本实施例所制备PbSe、Pb_0.8Sn_0.2Se、SnSe薄膜的透射谱进行了测试，将透射率数据经过处理，结果如图3所示。根据对图3数据的拟合，得出了PbSe薄膜的光学禁带宽度约为0.38eV，Pb_0.8Sn_0.2Se薄膜的光学禁带宽度为0.22eV，SnSe薄膜的光学禁带宽度约为1.39eV，通过改变Sn组分可以对Pb_1-xSn_xSe的禁带宽度进行调节，从而满足不同波长红外射线的探测需要。

对本实施例所制备的PbSe/MoSe₂、Pb_0.8Sn_0.2Se/MoSe₂、SnSe/MoSe₂异质结二极管的性能进行了测试，主要通过流经的电流进行了表征，如图6所示，其中，(a)为零偏压工作模式，(b)为偏压工作模式。

在偏压模式下，所测试的二极管的整流特性曲线如图7所示，其中，(a)为无光照条件下器件的暗电流，(b)为器件暗电流及1300nm光照下器件的光电流。由图7可以看出，器件具有良好的整流效应，开启电压约为0.2V，器件施加负偏压时可以有效抑制暗电流，使得光电流与暗电流的比值达到约500。

图8为零偏压下器件经1300nm光源照射和关掉光源的瞬态响应特性，当光照射到器件时，PbSe、Pb_0.8Sn_0.2Se、SnSe薄膜因吸收光子而产生大量电子-空穴对，电子跃迁至PbSe、Pb_0.8Sn_0.2Se、SnSe导带能级，空穴留在PbSe、Pb_0.8Sn_0.2Se、SnSe薄膜的价带能级，由于PbSe、Pb_0.8Sn_0.2Se、SnSe价带带顶与MoSe₂薄膜的价带带顶之间存在较大的带阶差，在势能差的作用下，PbSe、Pb_0.8Sn_0.2Se、SnSe薄膜中的空穴将转移至MoSe₂薄膜中，从而即使在零偏压下也产生了电流输出。根据图8所测试的数据，经对入射光强的标定，计算出的器件光响应度为0.08A/W，探测率为3.7×10¹⁰cm·Hz^1/2/W，虽然，器件的光响应度不很高，探测率适中，但由于不需要外加电压，这种器件特别适合低功耗场景的应用要求。

图9为负偏压下器件经1300nm光源照射和关掉光源的瞬态响应特性。在负偏压模式下，外加电场与PbSe/MoSe₂、Pb_0.8Sn_0.2Se/MoSe₂、SnSe/MoSe₂异质结的内建电场方向一致，与正向偏压模式相比，虽然器件的光电流明显降低，器件的光响应度显著减小，但器件的暗电流也很小，显著提升了光电流与暗电流的比值，这对于提高器件的综合性能参数探测率非常有益。根据图9所测试的数据，经对入射光强的标定，计算出的器件光响应度为0.72A/W，探测率为4.8×10¹¹cm·Hz^1/2/W。与零偏压工作模式相比，器件的光响应度和探测率都提高了一个数量级，特别适合高灵敏度探测应用场景的需求。

实施例2：如图10所示，包括：

步骤1、衬底表面处理：将衬底依次在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗10min，并用氮气吹干后置于120℃的加热台烘烤5min，去除衬底表面吸附的水汽。

步骤2、MoSe₂薄膜制备：采用分子束外延技术，以MoSe₂为源，在经步骤1清洗过的衬底上生长厚度约为10nm的MoSe₂薄膜。生长条件为：背底真空度2.0×10^-4Pa，生长温度650～700℃，电子枪束流30mA，生长时间2h；

步骤3、窄禁带半导体层的制备

窄禁带半导体层的材质选用PbSe、SnSe或Pb_0.8Sn_0.2Se，分别说明如下：

PbSe薄膜制备：采用分子束外延技术，以PbSe为源，在经步骤2所制备的MoSe₂薄膜表面继续生长厚度约为100nm的PbSe薄膜，从而形成MoSe₂/PbSe异质结。生长条件为：背底真空度2.0×10^-4Pa，生长温度200℃，PbSe源温度600℃，生长时间2h；

SnSe薄膜的制备：采用分子束外延技术，以SnSe为源，在经步骤2所制备的MoSe₂薄膜表面继续生长厚度约为100nm的SnSe薄膜，从而形成MoSe₂/SnSe异质结；生长条件为：背底真空度为2.0×10^-4Pa，生长温度200℃，SnSe源温度550℃，生长时间2h；

Pb_0.8Sn_0.2Se薄膜的制备：采用分子束外延技术，以PbSe和SnSe为源，在经步骤2所制备的MoSe₂薄膜表面继续生长厚度约为100nm的Pb_0.8Sn_0.2Se薄膜，从而形成MoSe₂/Pb_0.8Sn_0.2Se异质结；生长条件为：背底真空度为2.0×10^-4Pa，生长温度200℃，PbSe源温度600℃，SnSe源温度500℃，生长时间2h；

步骤4、光刻：①涂胶，将AZ6212光刻胶用甩胶机以3000r/min的转速均匀涂覆在步骤3中的薄膜上；②烘烤，将涂胶之后的样品置于100℃的加热台烘烤90s；③曝光，将提前准备好的光刻板覆盖在涂抹了光刻胶的样品上，曝光时间为0.9s；④显影，将曝光后的样品放入显影液中，显影45s；⑤检查，在显微镜下检查光刻图形是否整齐或存在缺陷；

步骤5、湿法刻蚀：用浓度为37％的浓盐酸与水按照1:5的比例加入烧杯混合均匀，再将烧杯放入水浴加热器，设置温度45℃，放入步骤4中的样品进行湿法刻蚀，刻蚀时间为4min；刻蚀完成之后将样品依次放入丙酮、无水乙醇和去离子水当中去除光刻胶并清洗干净；

步骤6、二次光刻：①涂胶，将AZ5214反转光刻胶用甩胶机以3000r/min的转速均匀涂覆在步骤5中的样品上；②前烘，将涂胶之后的样品置于100℃的加热台烘烤60s；③首次曝光，将光刻板覆盖在涂抹了光刻胶的样品上，通过显微镜微调进行对准，对准完成后进行曝光，曝光时间为1.4s；④后烘，将曝光后的样品置于120℃的加热台烘烤90s；⑤泛曝，去掉光刻板曝光45s；⑥显影，将泛曝后的样品放入显影液中，显影30s；⑦检查，在显微镜下检查光刻图形是否整齐或存在缺陷；

步骤7、制备电极：采用电子束蒸发，在步骤7光刻完成后的样品表面依次生长Ti和Au，Ti的厚度为10nm，Au的厚度为100nm。生长完成后将样品依次放入丙酮、无水乙醇、去离子水中，去除光刻胶及光刻胶表面多余的Ti和Au，再将样品放置于120℃的加热台上烘烤5min去除水汽。

步骤8、快速退火：将步骤8得到的样品在氮气保护气体下，以30℃/s的升温速率由室温升至300℃，退火5min，改善金属与半导体的接触，最终得到MoSe₂/PbSe异质结二极管。

对本实施例所制备的PbSe、Pb_0.8Sn_0.2Se、SnSe薄膜物相进行了X射线衍射表征，典型衍射图谱如图1所示，图中分别为位于25.02°、29.13°、41.71°、49.48°以及60.52°的衍射峰分别对应于PbSe(111)、(200)、(220)、(311以及(400)晶面的特征衍射。根据衍射图谱，所生长PbSe、Pb_0.8Sn_0.2Se、SnSe薄膜表现为a轴择优取向生长。

由于MoSe₂薄膜太薄，其结构特征只能通过拉曼(Raman)进行表征，典型的表征结果如图2所示，根据文献，位于239cm^-1的A_1g峰代表着面间振动模式的，位于289.3cm^-1的E¹ _2g峰代表面内振动模式，因此，Raman测试结果表明：所制备的MoSe₂薄膜质量良好，同时，位于350cm^-1的B¹ _2g峰的出现也说明：所生长的MoSe₂薄膜并非单层二维材料(只有Se-Mo-Se三层原子厚度的薄膜)，而是少层二维材料(介于1.3纳米到13纳米厚度之间的薄膜)。

此外，对本实施例所制备PbSe、Pb_0.8Sn_0.2Se、SnSe薄膜的透射谱进行了测试，将透射率数据经过处理，结果如图3所示。根据对图3数据的拟合，得出了PbSe薄膜的光学禁带宽度约为0.38eV，Pb_0.8Sn_0.2Se薄膜的光学禁带宽度为0.22eV，SnSe薄膜的光学禁带宽度约为1.39eV，通过改变Sn组分可以对Pb_1-xSn_xSe的禁带宽度进行调节，从而满足不同波长红外射线的探测需要。

对本实施例所制备MoSe₂/PbSe、MoSe₂/Pb_0.8Sn_0.2Se、MoSe₂/SnSe异质结二极管的性能进行了测量，主要通过流经的电流进行了表征，测试方法如图11所示，典型性能测试结果如图12所示，其中，(a)为无光照条件下器件暗电流随偏压的变化曲线，(b)为暗电流及1300nm光照下器件光电流随偏压的变化曲线。根据图12所显示的测试结果，器件具有良好的整流效应，同样，器件既可以工作在零偏压模式，也可以工作在负偏压模式。

图13为零偏压下器件经1300nm光源照射和关掉光源的瞬态响应特性，根据图12所测试的数据，计算出的器件探测率为5×10⁹cm·Hz^1/2/W。

图14为负偏压下器件经1300nm光源照射和关掉光源的瞬态响应特性，根据图14所测试的数据，计算出器件探测率为2.9×10¹¹cm·Hz^1/2/W。

Claims (6)

1.窄禁带半导体薄膜，其特征在于，包括重叠设置于衬底基片上的二维硫族化合物薄膜层和窄禁带半导体层，所述二维硫族化合物薄膜层的材料至少包括下述选定硫族化合物材料之一：

MoSe₂、WSe₂、HfSe₂、ZrSe₂、NbSe₂、TaSe₂、MoTe₂、WTe₂、HfTe₂、ZrTe₂、NbTe₂、TaTe₂及由MoSe₂、WSe₂、HfSe₂、ZrSe₂、NbSe₂、TaSe₂、MoTe₂、WTe₂、HfTe₂、ZrTe₂、NbTe₂、TaTe₂；

所述窄禁带半导体层的材料的材料至少包括下述各材料之一：

Pb_1-xSn_xSe和Pb_1-xSn_xTe，其中0≤x≤1。

2.如权利要求1所述的窄禁带半导体薄膜，其特征在于，所述所述二维硫族化合物薄膜层的材料包括各选定硫族化合物材料中任意两种。

3.如权利要求1所述的窄禁带半导体薄膜，其特征在于，所述所述二维硫族化合物薄膜层的厚度为1.3纳米～13纳米，所述窄禁带半导体层的厚度为30纳米～300纳米。

4.如权利要求1所述的窄禁带半导体薄膜，其特征在于，所述衬底基片的材质为Si、SiO₂或GaSb。

5.采用权利要求1或2或3所述窄禁带半导体薄膜的光敏二极管，其特征在于，包括分别与二维硫族化合物薄膜层和窄禁带半导体层形成电连接的电极。

6.光敏二极管的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

1)衬底基片清洗；

2)在基片上制备第一功能层和处于第一功能层上表面的第二功能层；所述第一功能层为二维硫族化合物薄膜层，第二功能层为窄禁带半导体层；或者第二功能层为二维硫族化合物薄膜层，第一功能层为窄禁带半导体层；

3)在第二功能层的顶部设置第一电极；

4)刻蚀第一电极覆盖范围之外的第二功能层，暴露第一功能层；

5)在第一功能层上设置第二电极；

所述二维硫族化合物薄膜层的材料至少包括下述选定硫族化合物材料之一：

MoSe₂、WSe₂、HfSe₂、ZrSe₂、NbSe₂、TaSe₂、MoTe₂、WTe₂、HfTe₂、ZrTe₂、NbTe₂、TaTe₂及由MoSe₂、WSe₂、HfSe₂、ZrSe₂、NbSe₂、TaSe₂、MoTe₂、WTe₂、HfTe₂、ZrTe₂、NbTe₂、TaTe₂；

所述窄禁带半导体层的材料的材料至少包括下述各材料之一：

Pb_1-xSn_xSe和Pb_1-xSn_xTe，其中0≤x≤1。