CN117276389A - 一种声表面波辅助的二维材料光电探测器及其制备方法 - Google Patents

一种声表面波辅助的二维材料光电探测器及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN117276389A
CN117276389A CN202311240582.6A CN202311240582A CN117276389A CN 117276389 A CN117276389 A CN 117276389A CN 202311240582 A CN202311240582 A CN 202311240582A CN 117276389 A CN117276389 A CN 117276389A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrode
substrate
interdigital
dimensional
acoustic wave
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202311240582.6A
Other languages
English (en)
Inventor
王旭东
赵倩茹
陈艳
沈宏
孟祥建
林铁
王建禄
褚君浩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Original Assignee
Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Institute of Technical Physics of CAS filed Critical Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Priority to CN202311240582.6A priority Critical patent/CN117276389A/zh
Publication of CN117276389A publication Critical patent/CN117276389A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/09—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H3/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators
    • H03H3/007—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks
    • H03H3/08—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of impedance networks, resonating circuits, resonators for the manufacture of electromechanical resonators or networks for the manufacture of resonators or networks using surface acoustic waves
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic devices; Electromechanical resonators
    • H03H9/02—Details
    • H03H9/02535—Details of surface acoustic wave devices
    • H03H9/02637—Details concerning reflective or coupling arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one piezoelectric, electrostrictive or magnetostrictive element covered by groups H10N30/00 – H10N35/00
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)

Abstract

本发明涉及光电探测器技术领域，提供了一种声表面波辅助的二维材料光电探测器及其制备方法。本发明提供的光电探测器包括衬底、第一叉指电极和第二叉指电极、二维半导体材料、源电极和漏电极。本发明在压电材料衬底上设置两组叉指电极，通过在叉指电极上施加谐振频率的交流电压可以产生声表面波。本发明将声表面波和二维半导体材料相结合，利用声表面波与二维材料的独特特性来提高光电探测器的性能，在声表面波的作用下，光电探测器暗电流显著减少，并且光电流保持不变，为高性能光电探测器的研究提供了有效的途径。

Description

一种声表面波辅助的二维材料光电探测器及其制备方法
技术领域
本发明涉及光电探测器技术领域，尤其涉及一种声表面波辅助的二维材料光电探测器及其制备方法。
背景技术
与传统的体材料相比，二维材料如石墨烯、过渡金属硫族化合物和黑磷等在原子尺度上表现出卓越的电子、光学和机械性能，作为光电探测器也具有许多固有的优势，如原子层厚度、精确可调的光学带隙、高迁移率、强光与物质相互作用和宽光谱探测范围等。然而，二维材料的有限厚度导致其光吸收弱，从而导致基于二维材料的光电探测器的探测能力弱。为了提高材料或器件的光电增益以提高器件探测灵敏度，研究人员采用了多种局域场调制方法来提高器件性能，包括但不限于电场调制、应变场调制、磁场调制。在上述方法之中，声表面波是一种独特的有效调制手段。
声表面波是一种机械波，声表面波技术在通信、传感、微流体和信号处理等领域具有广泛应用。声表面波沿着固体(如晶体、压电材料和声学基底)表面传播，并在一个声表面波波长的距离上，振幅呈指数衰减。然而，目前关于将声表面波技术与二维材料结合的方法和系统的相关报道较少。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种声表面波辅助的二维材料光电探测器及其制备方法。本发明将声表面波和二维材料相结合，利用声表面波与二维材料的独特特性来提高光电探测器性能，为高性能光电探测器的研究提供了有效的途径。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种声表面波辅助的二维材料光电探测器，包括：
衬底；所述衬底为压电材料衬底；
设置在所述衬底表面的第一叉指电极和第二叉指电极；
设置在所述衬底表面，且位于所述第一叉指电极和第二叉指电极之间的二维半导体材料；所述二维半导体材料为二硫化钼；
设置在所述二维光电材料表面的源电极和漏电极。
优选的，所述压电材料衬底为YX切向的钽酸锂衬底或128°YX切向的铌酸锂衬底。
优选的，所述第一叉指电极和第二叉指电极为钛金复合电极；所述钛金复合电极包括钛层和设置在所述钛层表面的金层；所述钛层的厚度为5～15nm，所述金层的厚度为20～45nm。
优选的，所述第一叉指电极和第二叉指电极分别由20～40对电极组成；所述第一叉指电极和第二叉指电极的叉指宽度为2～10μm，占空比为0.5。
优选的，所述二维半导体材料的厚度为3～5nm。
优选的，所述源电极和漏电极均为金电极；所述源电极和漏电极的厚度为50～100nm；所述源电极和漏电极的间距大于等于第一叉指电极和第二叉指电极的叉指宽度。
本发明还提供了上述方案所述的声表面波辅助的二维材料光电探测器的制备方法，包括以下步骤：
在衬底表面制备第一叉指电极和第二叉指电极；
在衬底表面，第一叉指电极和第二叉指电极之间制备二维半导体材料；
在所述二维半导体材料表面制备源电极和漏电极，得到所述声表面波辅助的二维材料光电探测器。
优选的，所述第一叉指电极和第二叉指电极的制备方法包括：采用紫外光刻法，在衬底表面制备带有第一叉指电极和第二叉指电极图案的光刻胶层；采用双离子束蒸镀法蒸镀钛金复合电极，之后将所述光刻胶层剥离，得到第一叉指电极和第二叉指电极。
优选的，所述二维半导体材料的制备方法包括：采用机械剥离转移法在硅片衬底表面制备二维半导体材料，然后采用聚乙烯醇辅助定点转移法将硅片衬底表面的二维半导体材料转移到压电衬底材料表面。
优选的，在所述二维半导体材料表面制备源电极和漏电极的方法包括：采用电子束光刻法在硅片衬底上制备带有源电极和漏电极图案的光刻胶层；采用热蒸发沉积法沉积金电极，之后将所述光刻胶层剥离，得到源电极和漏电极；采用聚乙烯醇辅助定点转移法将所述源电极和漏电极转移至二维半导体材料表面。
本发明提供了一种声表面波辅助的二维材料光电探测器，包括：衬底；所述衬底为压电材料衬底；设置在所述衬底表面的第一叉指电极和第二叉指电极；设置在所述衬底表面，且位于所述第一叉指电极和第二叉指电极之间的二维半导体材料；所述二维半导体材料为二硫化钼；设置在所述二维光电材料表面的源电极和漏电极。本发明在压电材料衬底上设置两组叉指电极，通过在叉指电极上施加谐振频率的交流电压可以产生声表面波，利用声表面波操纵器件的光电性能。当对压电材料的叉指电极施加电压时，由于压电效应，晶格中会产生机械应变。并且，二维材料容易在垂直于其二维平面的方向上变形，由于局部应变效应，在导带和价带之间引入缺陷态。此外，声表面波诱导II型带边调制，导致电子和空穴的空间分离：电子被推向导带最小值，空穴被拉向价带最大值。在两种机制的共同作用下，器件暗电流被显著抑制，表现出优异的光响应性能。综上所述，本发明将声表面波和二维材料相结合，利用声表面波与二维材料的独特特性来提高光电探测器性能，为高性能光电探测器的研究提供了有效的途径。
附图说明
图1为本发明提供的声表面波辅助的二维材料光电探测器的结构示意图，图1中：1—衬底，2-1—第一叉指电极，2-2—第二叉指电极，3-二维半导体材料，4-1—源电极，4-2—漏电极；
图2为测试所用的印制电路板及器件实物图；
图3为在暗态下声表面波调制下器件的电学特性；
图4为器件在黑暗中不同射频功率下的I-V特性；
图5为器件射频开关行为的稳定性测试结果；
图6为在声表面波辅助下器件的光响应特性。
具体实施方式
本发明提供了一种声表面波辅助的二维材料光电探测器，包括：
衬底；所述衬底为压电材料衬底；
设置在所述衬底表面的第一叉指电极和第二叉指电极；
设置在所述衬底表面，且位于所述第一叉指电极和第二叉指电极之间的二维半导体材料；所述二维半导体材料为二硫化钼；
设置在所述二维光电材料表面的源电极和漏电极。
图1为本发明提供的声表面波辅助的二维材料光电探测器的结构示意图，下面结合图1进行详细说明。
本发明提供的声表面波辅助的二维材料光电探测器包括衬底。在本发明中，所述衬底为压电材料衬底；所述压电材料衬底优选为YX切向的钽酸锂衬底或128°YX切向的铌酸锂衬底。
本发明提供的声表面波辅助的二维材料光电探测器包括设置在所述衬底表面的第一叉指电极和第二叉指电极。在本发明中，所述第一叉指电极和第二叉指电极优选为钛金复合电极；所述钛金复合电极优选包括钛层和设置在钛层表面的金层；所述钛层的厚度优选为5～15nm，更优选为10nm，所述金层的厚度优选为20～45nm，更优选为25～40nm；所述第一叉指电极和第二叉指电极分别优选由20～40对电极组成；所述第一叉指电极和第二叉指电极的叉指宽度优选为2～10μm，更优选为7.8μm，占空比优选为0.5。在本发明的具体实施例中，所述第一叉指电极和第二叉指电极优选分别设置在衬底材料的两端；本发明利用第一叉指电极和第二叉指电极形成声表面波延迟线。
本发明提供的声表面波辅助的二维材料光电探测器包括设置在所述衬底表面，且位于所述第一叉指电极和第二叉指电极之间的二维半导体材料；所述二维半导体材料为二硫化钼。在本发明中，所述二维半导体材料的厚度优选为3～5nm；所述二维半导体材料优选位于声表面波延迟线的正中间位置；所述二维半导体材料的两端和第一叉指电极和第二叉指电极均不接触。
本发明提供的声表面波辅助的二维材料光电探测器包括设置在所述二维光电材料表面的源电极和漏电极。在本发明中，所述源电极和漏电极均优选为金电极；所述源电极和漏电极的厚度优选为50～100nm，更优选为60～80nm；所述源电极和漏电极的间距(即沟道宽度)大于等于第一叉指电极和第二叉指电极的叉指宽度，在本发明的具体实施例中，所述源电极和漏电极的间距优选大于2μm，更优选大于7.8μm。
本发明还提供了上述方案所述的声表面波辅助的二维材料光电探测器的制备方法，包括以下步骤：
在衬底表面制备第一叉指电极和第二叉指电极；
在衬底表面，第一叉指电极和第二叉指电极之间制备二维半导体材料；
在所述二维半导体材料表面制备源电极和漏电极，得到所述声表面波辅助的二维材料光电探测器。
本发明在衬底表面制备第一叉指电极和第二叉指电极。在本发明中，所述衬底在使用前优选依次用丙酮、异丙醇和超纯水进行超声清洗；用所述丙酮、异丙醇和超纯水进行清洗的次数均优选为两次，每次的超声时间优选为5min。
在本发明中，所述第一叉指电极和第二叉指电极的制备方法优选包括：采用紫外光刻法，在衬底表面制备带有第一叉指电极和第二叉指电极图案的光刻胶层；采用双离子束蒸镀法蒸镀钛金复合电极，之后将所述光刻胶层剥离，得到第一叉指电极和第二叉指电极。本发明对所述紫外光刻法、双离子束蒸镀法以及剥离所述光刻胶层的方法均没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的即可。
第一叉指电极和第二叉指电极制备完成后，本发明在衬底表面，第一叉指电极和第二叉指电极之间制备二维半导体材料。在本发明中，所述二维半导体材料的制备方法包括：采用机械剥离转移法在硅片衬底表面制备二维半导体材料，然后采用聚乙烯醇辅助定点转移法将硅片衬底表面的二维半导体材料转移到压电衬底材料表面(第一叉指电极和第二叉指电极之间的位置)。在本发明中，所述机械剥离转移法优选包括：采用胶带对二硫化钼块状材料反复粘贴剥离，提供粘贴有PDMS膜的载玻片，将粘贴有二硫化钼的胶带粘贴于载玻片的PDMS膜表面，将胶带取下，使二硫化钼转移至PDMS膜表面，之后将硅片衬底粘贴于覆有二硫化钼的PDMS膜上，粘贴1～2min后将硅片衬底取下，使二硫化钼转移至硅片衬底上。
在本发明中，所述聚乙烯醇定点转移法优选包括：提供依次覆有PDMS膜和PVA薄膜的载玻片；在光学显微镜下寻找硅片衬底上的少层二硫化钼材料，在显微镜下，将覆有PDMS膜和PVA薄膜的载玻片的PVA薄膜面缓慢置于硅片衬底具有少层二硫化钼的区域，待PVA薄膜与硅片衬底有部分接触且与目标二硫化钼材料尚未接触时，加热载物台至40～70℃，使PVA薄膜与硅片衬底接触面积逐渐变大直到覆盖目标二硫化钼材料，然后缓慢抬起载玻片，使PVA薄膜留在硅片衬底上，PDMS膜随载玻片抬起；待硅片衬底降温后，将PVA薄膜揭开，并将PVA膜未接触二硫化钼的一面粘贴在载玻片的PDMS膜上，此时载玻片自上而下依次覆盖有PDMS膜、PVA薄膜和二硫化钼；在显微镜下，将载玻片缓慢置于目标压电衬底上，其中将二硫化钼定点置于由一对叉指电极构成的声表面波延迟线的中间位置，待压电衬底与PVA薄膜有部分接触且与二硫化钼尚未接触时，加热载物台至40～70℃，使得压电衬底与二硫化钼接触面积逐渐变大，直到覆盖二硫化钼，然后缓慢抬起载玻片，使PVA薄膜留在压电衬底上，PDMS膜随载玻片抬起，待衬底降温后，将覆有PVA薄膜的压电衬底置于超纯水中浸泡，使得PVA完全溶解于水中，之后将压电衬底取出吹干，完成二硫化钼的PVA辅助定点转移。
二维半导体材料制备完成后，本发明在所述二维半导体材料表面制备源电极和漏电极，得到所述声表面波辅助的二维材料光电探测器。本发明中，在所述二维半导体材料表面制备源电极和漏电极的方法包括：采用电子束光刻法在硅片衬底上制备带有源电极和漏电极图案的光刻胶层；采用热蒸发沉积法沉积金电极，之后将所述光刻胶层剥离，得到源电极和漏电极；采用聚乙烯醇辅助定点转移法将所述源电极和漏电极转移至二维半导体材料表面。本发明对所述电子束光刻法、所述热蒸发沉积法以及剥离所述光刻胶层的方法没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的即可；所述聚乙烯醇辅助定点转移法和上述方案相同，仅将带有少层二硫化钼的硅片衬底替换为带有源电极和漏电极的硅片衬底即可。本发明采用聚乙烯醇辅助定点转移的方法制备源电极和漏电极，能够避免直接蒸镀电极对超薄二硫化钼层造成损害。
在本发明中，得到所述声表面波辅助的二维材料光电探测器后，本发明优选还包括将所述声表面波辅助的二维材料光电探测器进行封装；所述封装优选包括：将所述声表面波辅助的二维材料光电探测器封装在印刷电路板上，使用导电银膏和铝硅键合线将叉指电极和源漏电极进行拓展并引出到SMA连接头上，通过SMA连接器连接到矢量网络分析仪和射频源。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
1.衬底选择
选用YX切向的钽酸锂衬底，厚度为250μm。
2.钽酸锂衬底清洗
依次用丙酮、异丙醇和超纯水钽酸锂衬底进行超声洗涤，采用丙酮、异丙醇和超纯水的洗涤次数均为2次，每次的超声洗涤时间为5min。
3.钽酸锂衬底上叉指电极的制备
采用紫外曝光技术制备具有叉指电极形状的光刻胶层，每个叉指电极由40对电极组成，叉指电极宽度为7.8微米，占空比为0.5。采用双离子束溅射法制备叉指电极，叉指电极为钛金复合电极，钛层厚度为15nm，金层厚度为45nm。结合剥离工艺将光刻胶层剥离，得到叉指电极。
4.二维半导体材料二硫化钼的制备及转移
使用胶带将二硫化钼进行机械剥离，然后将其转移至衬底上特定位置，即声表面波延迟线之间的中间位置，选择5个分子层的二硫化钼，厚度为3.5纳米。具体操作步骤如下：
采用胶带对二硫化钼块状材料反复粘贴剥离，将粘贴有二硫化钼的胶带粘贴于载玻片的PDMS膜表面，将胶带取下，使二硫化钼转移至PDMS膜表面，之后将硅片衬底粘贴于覆有二硫化钼的PDMS膜上，粘贴2min后将硅片衬底取下，使二硫化钼转移至硅片衬底上。在光学显微镜下寻找硅片衬底上的少层二硫化钼材料，选择5个分子层的二硫化钼，在显微镜下，将覆有PDMS膜和PVA薄膜的载玻片的PVA薄膜面缓慢置于硅片衬底具有少层二硫化钼的区域，待PVA薄膜与硅片衬底有部分接触且与目标二硫化钼材料尚未接触时，加热载物台至40℃，使PVA薄膜与硅片衬底接触面积逐渐变大直到覆盖目标二硫化钼材料，然后缓慢抬起载玻片，使PVA薄膜留在硅片衬底上，PDMS膜随载玻片抬起；待硅片衬底降温后，将PVA薄膜揭开，并将PVA膜未接触二硫化钼的一面粘贴在载玻片的PDMS膜上，此时载玻片自上而下依次覆盖有PDMS膜、PVA薄膜和二硫化钼；在显微镜下，将载玻片缓慢置于目标压电衬底上，其中将二硫化钼定点置于由一对叉指电极构成的声表面波延迟线的中间位置，待压电衬底与PVA薄膜有部分接触且与二硫化钼尚未接触时，加热载物台至40℃，使得压电衬底与二硫化钼接触面积逐渐变大，直到覆盖二硫化钼，然后缓慢抬起载玻片，使PVA薄膜留在压电衬底上，PDMS膜随载玻片抬起，待衬底降温后，将覆有PVA薄膜的压电衬底置于超纯水中浸泡，使得PVA完全溶解于水中，之后将压电衬底取出吹干，完成二硫化钼的PVA辅助定点转移。
5.金属电极的制备及转移
利用电子束光刻方法制备源漏电极图形，利用热蒸发技术制备源电极和漏电极，源电极和漏电极均为金电极，厚度均为100nm。结合剥离方法，剥离金属膜，获得金电极，沟道宽度为7.8微米，与叉指电极宽度对应。采用PVA辅助定点转移法将预图案化的源-漏金属电极定点转移到二维半导体材料二硫化钼上，具体操作方法和步骤4中相似。
6.器件的测试封装
定制印刷电路板，预留SMA连接头并将接头提前焊接到电路板上，将2个步骤5制备的器件粘贴在印刷电路板上，使用导电银胶和硅铝丝分别将叉指电极和源漏电极进行拓展引出到SMA连接头上。图2为印刷电路板及器件的实物图。
7.电压-电流特性曲线测试
将器件封装在印刷电路板之后，通过引出叉指电极的射频输入端对应的SMA头连接到射频源上，从而施加射频信号用以激励声表面波。在暗态下测试电学特性，在射频信号关的情况下，即没有声表面波作用下，电压设置为-1-1V，测试电流获得电压-电流特性曲线；在射频信号开的情况下，即有声表面波作用下，再次测试获得电压-电流特性曲线。
图3中显示了在射频信号开(即有声表面波作用)和射频信号关(即无声表面波作用)下的器件的电流-电压特性，根据图3可以看出，在声表面波的激励下，器件的暗电流大幅降低了近两个数量级。
随后，以1dBm的步长将射频功率从0dBm更改为16dBm，并在-1V至1V的偏置范围内测量器件的I-V特性，结果如图4所示。根据图4可以看出，器件的暗电流随着SAW功率的增加而迅速减小。
8.声表面波辅助下器件的光响应特性测试
8.1器件稳定性测试
在-0.1V的偏压下对器件的射频开关行为进行了稳定性测试，其中射频开启表示存在SAW激励，而射频关闭表示没有SAW激励的固有状态，射频功率为16dBm。测试结果如图5所示。图5中的结果显示，在SAW关闭状态下，器件表现出10-10A的电流水平，而在SAW调制下，暗电流减少了两个数量级以上，达到仪器10-12A的极限。由于SAW传播引起的机械变形，器件的暗电流需要一定的弛豫时间才能恢复到稳定水平。值得注意的是，SAW引起的长时间振动对器件性能的影响有限。此外，在连续测试超过60分钟后，该设备仍能继续工作，没有任何可观察到的问题。
8.2声波辅助下器件的光响应测试
将器件置于激光照射下，偏压设置为-0.1V，测试在有光、无光和有声表面波作用和无声表面波作用下的器件电流随时间变化。
测试结果如图6所示。图6中的结果表明，当器件偏置为-0.1V，入射射频信号功率为16dBm时，在声表面波的影响下器件具有极低的暗电流(10-12安培)。在入射波长为520纳米、入射光功率为18.8微瓦的激光照射下，器件的电流上升至10-7安培，光电流增益超过105，光电流开关比优异。
本发明利用声表面波对二维半导体材料二硫化钼进行调控，声表面波传播引起的机械变形，在能带结构中引入了额外的捕获态，捕获了大量的载流子，此外，声表面波诱导的边缘调制(II型调制)限制了载流子在导带最小值和价带最大值附近的移动，最终导致了声表面波作用下暗电流的显著降低而光电流几乎不变，从而实现了高光电流开关比的光电探测器件制备。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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。

Claims (10)

1.一种声表面波辅助的二维材料光电探测器，其特征在于，包括：
衬底；所述衬底为压电材料衬底；
设置在所述衬底表面的第一叉指电极和第二叉指电极；
设置在所述衬底表面，且位于所述第一叉指电极和第二叉指电极之间的二维半导体材料；所述二维半导体材料为二硫化钼；
设置在所述二维光电材料表面的源电极和漏电极。
2.根据权利要求1所述的声表面波辅助的二维材料光电探测器，其特征在于，所述压电材料衬底为YX切向的钽酸锂衬底或128°YX切向的铌酸锂衬底。
3.根据权利要求1所述的声表面波辅助的二维材料光电探测器，其特征在于，所述第一叉指电极和第二叉指电极为钛金复合电极；所述钛金复合电极包括钛层和设置在所述钛层表面的金层；所述钛层的厚度为5～15nm，所述金层的厚度为20～45nm。
4.根据权利要求1或3所述的声表面波辅助的二维材料光电探测器，其特征在于，所述第一叉指电极和第二叉指电极分别由20～40对电极组成；所述第一叉指电极和第二叉指电极的叉指宽度为2～10μm，占空比为0.5。
5.根据权利要求1所述的声表面波辅助的二维材料光电探测器，其特征在于，所述二维半导体材料的厚度为3～5nm。
6.根据权利要求1所述的声表面波辅助的二维材料光电探测器，其特征在于，所述源电极和漏电极均为金电极；所述源电极和漏电极的厚度为50～100nm；所述源电极和漏电极的间距大于等于第一叉指电极和第二叉指电极的叉指宽度。
7.权利要求1～6任意一项所述的声表面波辅助的二维材料光电探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在衬底表面制备第一叉指电极和第二叉指电极；
在衬底表面，第一叉指电极和第二叉指电极之间制备二维半导体材料；
在所述二维半导体材料表面制备源电极和漏电极，得到所述声表面波辅助的二维材料光电探测器。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述第一叉指电极和第二叉指电极的制备方法包括：采用紫外光刻法，在衬底表面制备带有第一叉指电极和第二叉指电极图案的光刻胶层；采用双离子束蒸镀法蒸镀钛金复合电极，之后将所述光刻胶层剥离，得到第一叉指电极和第二叉指电极。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述二维半导体材料的制备方法包括：采用机械剥离转移法在硅片衬底表面制备二维半导体材料，然后采用聚乙烯醇辅助定点转移法将硅片衬底表面的二维半导体材料转移到压电衬底材料表面。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在所述二维半导体材料表面制备源电极和漏电极的方法包括：采用电子束光刻法在硅片衬底上制备带有源电极和漏电极图案的光刻胶层；采用热蒸发沉积法沉积金电极，之后将所述光刻胶层剥离，得到源电极和漏电极；采用聚乙烯醇辅助定点转移法将所述源电极和漏电极转移至二维半导体材料表面。
CN202311240582.6A 2023-09-25 2023-09-25 一种声表面波辅助的二维材料光电探测器及其制备方法 Pending CN117276389A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311240582.6A CN117276389A (zh) 2023-09-25 2023-09-25 一种声表面波辅助的二维材料光电探测器及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311240582.6A CN117276389A (zh) 2023-09-25 2023-09-25 一种声表面波辅助的二维材料光电探测器及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117276389A true CN117276389A (zh) 2023-12-22

Family

ID=89208815

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311240582.6A Pending CN117276389A (zh) 2023-09-25 2023-09-25 一种声表面波辅助的二维材料光电探测器及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117276389A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9660349B2 (en) Multiferroic surface acoustic wave antenna
CN108198897B (zh) 一种石墨烯场效应晶体管量子点光电探测器及其制备方法
CN105866984B (zh) 一种石墨烯电光调制器及其制备方法
US10121926B2 (en) Graphene-based detector for W-band and terahertz radiations
CN109817802B (zh) 基于多层-单层石墨烯结的太赫兹探测器及制备方法
CN110459548B (zh) 一种基于范德瓦尔斯异质结的光电探测器及其制备方法
CN111025690A (zh) 一种用于全光调制的石墨烯等离激元器件及制备方法
WO2010006440A1 (en) Terahertz photoconductive antennas having transparent conductor electrodes and methods of making same
JP2006229052A (ja) 太陽電池とその製造方法及びこれに用いる短絡部除去装置
CN117276389A (zh) 一种声表面波辅助的二维材料光电探测器及其制备方法
JPH06151946A (ja) 半導体受光素子およびその製造方法
CN116741868A (zh) 光电探测器及其制备方法
CN108550640B (zh) 碲化镉纳米晶复合的宽波段黑磷光电探测器及其制备方法
CN114883441B (zh) 一种偏振光探测器及其制备方法
CN114899275A (zh) 一种贵金属纳米线与二维二硫化钼复合结构的光电探测器及其制备方法
CN115050846A (zh) MoS2/Ta2NiSe5异质结光电探测器及其制备方法
CN113990970A (zh) 一种石墨烯/二硫化钨-二硒化钨异质结/石墨烯光电探测器及其制备方法和应用
JP2666888B2 (ja) 光素子の製造方法
CN114335209B (zh) 一种偏振敏感光电探测器及其制备方法
US5459604A (en) Coherent switch of currents in semiconductors
CN114361289B (zh) 一种基于范德华金属电极的自驱动超快光电探测器构筑方法
CN116825878B (zh) 一种面外p-n结面内自发电极化二维体光伏材料及其制备方法和应用
Gu et al. Discovery of acousto-drag photovoltaic effect
CN115799361A (zh) 一种偏振光电探测器及制备方法
CN117832316A (zh) 基于硅基室温红外热电子光电探测器、制备方法及应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination