CN109950364A - 基于二维硒化亚锗光电探测器的成像元件制备方法 - Google Patents

基于二维硒化亚锗光电探测器的成像元件制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于二维硒化亚锗光电探测器的成像元件制备方法，属于二维半导体成像技术领域。该基于二维硒化亚锗光电探测器的成像元件制备方法，包括：制备二维硒化亚锗单晶；将所二维硒化亚锗单晶剥离成二维硒化亚锗纳米片并转移到有二氧化硅氧化层的硅片衬底上，得到二维硒化亚锗纳米片薄层；将所述二维硒化亚锗纳米片薄层制备成二维硒化亚锗两端器件，得到基于二维硒化亚锗光电探测器的成像元件；所述二维硒化亚锗两端器件即为所述二维硒化亚锗光电探测器。本发明通过将二维硒化亚锗纳米片制备为二维硒化亚锗两端器件，替代原来的电荷耦合元件，可以实现尺寸小，利于加工和集成的效果。

Description

基于二维硒化亚锗光电探测器的成像元件制备方法
技术领域
本发明涉及二维半导体成像领域，尤其涉及一种基于二维硒化亚锗光电探测器的成像元件制备方法。
背景技术
自2004年石墨烯被发现以来，二维层状材料就引起了广大的关注。随着二维材料层数的减少，其受到表面效应、体积效应和量子尺寸效应的影响显影增大，纳米材料的物理特性与宏观体材料的相关特性可能会表现出显著的不同，如单层硫化钼为直接带隙材料，而超过一层后其带隙变为间接带隙，这些奇特的物理性质具有广阔的应用前景。
那么二维材料的功能实现至关重要。二硫化钼以及二硫化钨等二维材料的普通光电探测已经得到广泛的研究，均展现了优异的光响应度，响应速度，高的光敏度等。但是，目前对于二维材料的研究具有局限性，大部分研究围绕在光电探测器方面，而将其应用到成像元件研究的还太少，并且现有的成像元件中采用的电荷耦合元件体积大，不利于加工和集成，因此也提升了成像设备的成本。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提供了一种基于二维硒化亚锗光电探测器的成像元件制备方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。
(二)技术方案
根据本发明的一个方面，提供了一种基于二维硒化亚锗光电探测器的成像元件制备方法，所述方法包括：
制备二维硒化亚锗单晶；
将所述二维硒化亚锗单晶剥离成二维硒化亚锗纳米片并转移到有二氧化硅氧化层的硅片衬底上，得到二维硒化亚锗纳米片薄层；
将所述二维硒化亚锗纳米片薄层制备成二维硒化亚锗两端器件，得到基于二维硒化亚锗光电探测器的成像元件；所述二维硒化亚锗两端器件即为所述二维硒化亚锗光电探测器。
在一些实施例中，所述二维硒化亚锗单晶是在双温区管式炉中利用真空热蒸发沉积技术生长得到。
在一些实施例中，所述双温区管式炉的高温区温度为700℃，低温区温度为400℃，降温速率为20℃/时。
在一些实施例中，所述二氧化硅氧化层的厚度为300nm。
在一些实施例中，将所述二维硒化亚锗单晶剥离成二维硒化亚锗纳米片并转移到有二氧化硅氧化层的硅片衬底上，得到二维硒化亚锗纳米片薄层的步骤之前，所述方法还包括：
对有二氧化硅氧化层的硅片衬底进行清洗。
在一些实施例中，对有二氧化硅氧化层的硅片衬底进行清洗的步骤，包括：
使用丙酮溶液和异丙醇溶液分别对所述有二氧化硅氧化层的硅片衬底进行超声清洗；
将经过所述超声清洗的有二氧化硅氧化层的硅片衬底放入双氧水和硫酸比例为1:3的混合溶液中清洗；
将经过所述混合溶液清洗的有二氧化硅氧化层的硅片衬底放入去离子水中清洗。
在一些实施例中，在所述将所述二维硒化亚锗单晶剥离成二维硒化亚锗纳米片并转移到有二氧化硅氧化层的硅片衬底上，得到二维硒化亚锗纳米片薄层的步骤中，采用机械剥离法对所述二维硒化亚锗单晶进行剥离。
在一些实施例中，将所述二维硒化亚锗纳米片薄层制备成二维硒化亚锗两端器件，得到基于二维硒化亚锗光电探测器的成像元件的步骤，包括：
采用的是金线掩膜和热蒸镀的方法，对所述二维硒化亚锗纳米片薄层制作金属电极，得到所述硒化亚锗两端器件。
在一些实施例中，所述制备二维硒化亚锗两端器件使用的金属电极材料为金。
根据本发明的另一个方面，提供了一种采用上述基于二维硒化亚锗光电探测器的成像元件制备方法制备的成像元件，其特征在于，包括：
二维硒化亚锗纳米片、有二氧化硅氧化层的硅片衬底、金属电极；所述二维硒化亚锗纳米片位于所述有二氧化硅氧化层的硅片衬底上，所述金属电极位于所述二维硒化亚锗纳米片上。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明提供的基于二维硒化亚锗光电探测器的成像元件制备方法具有以下有益效果：
本发明基于二维硒化亚锗光电探测器的成像元件制备方法，通过将二维硒化亚锗纳米片制备为二维硒化亚锗两端器件，代替原来的电荷耦合元件，成为成像元件，使成像元件尺寸小，利于加工和集成。
附图说明
图1为本发明实施例提供的基于二维硒化亚锗光电探测器的成像元件制备方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的基于二维硒化亚锗光电探测器的成像元件制备方法制备的成像元件引线在镀金电子芯片上的示意图；
图3为本发明实施例提供的基于二维硒化亚锗光电探测器的成像元件制备方法制备的成像元件集成到成像仪中得到的成像结果示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供了一种基于二维硒化亚锗光电探测器的成像元件制备方法，如图1所示，该方法包括如下步骤：
步骤S101，制备二维硒化亚锗单晶。
具体地，该二维硒化亚锗单晶通过在双温区管式炉中利用真空热蒸发沉积技术生长得到，该双温区管式炉的高温区温度为700℃，低温区温度为400℃，降温速率为20℃/时。
步骤S102，将二维硒化亚锗单晶剥离成二维硒化亚锗纳米片并转移到有二氧化硅氧化层的硅片衬底上，得到二维硒化亚锗纳米片薄层。
具体地，通过机械剥离法，将该二维硒化亚锗单晶剥离成纳米级别厚度的二维纳米片，用以实现超薄光电探测器；该有二氧化硅氧化层的硅片衬底上二氧化硅氧化层的厚度为300nm，并且在有二氧化硅氧化层的硅片衬底使用之前，需要将硅片衬底上的赃物清洗干净，清洗过程为：
首先，使用丙酮溶液和异丙醇溶液分别对有二氧化硅氧化层的硅片衬底进行超声清洗。
优选的，超声清洗的时间各为20分钟。
然后，将经过超声清洗的有二氧化硅氧化层的硅片衬底放入双氧水和硫酸比例为1:3的混合溶液中清洗。
优选的，在混合溶液中清洗的时间为2个小时。
最后，将经过混合溶液清洗的有二氧化硅氧化层的硅片衬底放入去离子水中清洗。
步骤S103，将二维硒化亚锗纳米片薄层制备成二维硒化亚锗两端器件，得到基于二维硒化亚锗光电探测器的成像元件。其中，二维硒化亚锗两端器件即为二维硒化亚锗光电探测器。
具体地，采用的是金线掩膜和热蒸镀的方法，对二维硒化亚锗纳米片薄层制作金属电极，得到硒化亚锗两端器件。
本发明基于二维硒化亚锗光电探测器的成像元件制备方法，通过将二维硒化亚锗纳米片制备为二维硒化亚锗两端器件，代替原来的电荷耦合元件，成为成像元件，使成像元件尺寸小，利于加工和集成。
进一步的，本发明实施例还提供了一种采用上述实施例所提供的基于二维硒化亚锗光电探测器的成像元件制备方法制备而制备的成像元件，该成像元件包括：二维硒化亚锗纳米片、有二氧化硅氧化层的硅片衬底、金属电极；其中，二维硒化亚锗纳米片位于有二氧化硅氧化层的硅片衬底上，金属电极位于二维硒化亚锗纳米片上。如图2所示，图2示出了采用二维硒化亚锗光电探测器的成像元件制备方法制备而成的成像元件引线到镀金电子芯片上的示意图，可以看到本发明提供的基于二维硒化亚锗光电探测器的成像元件制备方法制备而成的成像元件，尺寸很小，方便加工和集成。图3为安装有基于二维硒化亚锗光电探测器的成像元件的成像仪利用LED平板光源加“G”字样作为发散光源，完成成像测试，得到像素点为100*75的相片。
需要说明的是，说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意含及代表该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能作出清楚区分。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于二维硒化亚锗光电探测器的成像元件制备方法，其特征在于，所述方法包括：
制备二维硒化亚锗单晶；
将所述二维硒化亚锗单晶剥离成二维硒化亚锗纳米片并转移到有二氧化硅氧化层的硅片衬底上，得到二维硒化亚锗纳米片薄层；
将所述二维硒化亚锗纳米片薄层制备成二维硒化亚锗两端器件，得到基于二维硒化亚锗光电探测器的成像元件；所述二维硒化亚锗两端器件即为所述二维硒化亚锗光电探测器。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二维硒化亚锗单晶是在双温区管式炉中利用真空热蒸发沉积技术生长得到。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述双温区管式炉的高温区温度为700℃，低温区温度为400℃，降温速率为20℃/时。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二氧化硅氧化层的厚度为300nm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述二维硒化亚锗单晶剥离成二维硒化亚锗纳米片并转移到有二氧化硅氧化层的硅片衬底上，得到二维硒化亚锗纳米片薄层的步骤之前，所述方法还包括：
对有二氧化硅氧化层的硅片衬底进行清洗。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，对有二氧化硅氧化层的硅片衬底进行清洗的步骤，包括：
使用丙酮溶液和异丙醇溶液分别对所述有二氧化硅氧化层的硅片衬底进行超声清洗；
将经过所述超声清洗的有二氧化硅氧化层的硅片衬底放入双氧水和硫酸比例为1:3的混合溶液中清洗；
将经过所述混合溶液清洗的有二氧化硅氧化层的硅片衬底放入去离子水中清洗。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述将所述二维硒化亚锗单晶剥离成二维硒化亚锗纳米片并转移到有二氧化硅氧化层的硅片衬底上，得到二维硒化亚锗纳米片薄层的步骤中，采用机械剥离法对所述二维硒化亚锗单晶进行剥离。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述二维硒化亚锗纳米片薄层制备成二维硒化亚锗两端器件，得到基于二维硒化亚锗光电探测器的成像元件的步骤，包括：
采用的是金线掩膜和热蒸镀的方法，对所述二维硒化亚锗纳米片薄层制作金属电极，得到所述硒化亚锗两端器件。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述制备二维硒化亚锗两端器件使用的金属电极材料为金。
10.一种采用权利要求1至9任一项所述的基于二维硒化亚锗光电探测器的成像元件制备方法制备的成像元件，其特征在于，包括：
二维硒化亚锗纳米片、有二氧化硅氧化层的硅片衬底、金属电极；所述二维硒化亚锗纳米片位于所述有二氧化硅氧化层的硅片衬底上，所述金属电极位于所述二维硒化亚锗纳米片上。
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