一种高响应度电脉冲调谐中波红外光电探测器及制备方法与流程

本发明涉及光电探测，更具体地说，它涉及一种高响应度电脉冲调谐中波红外光电探测器及制备方法。

背景技术：

1、对于高性能的中波红外光电探测器，商业界成熟的解决方案是基于碲镉汞（hgcdte）、锑化镓/砷化铟（gasb/inas）、锑化铟（insb）制成的探测器。但是器件的正常工作必须得在液氮温度，也就是70k的低温条件下才能正常运行。甚至采用了掺砷硅（sias）阻挡杂质带阵列的探测器，要求就更为苛刻了，得在液氦温度仅在4k 的超低温环境下才能正常工作。这使得整体系统需要额外的制冷系统，这不仅导致系统的体积庞大，而且会增大系统的制造成本。除此之外，传统探测器生产出来后固定的器件响应度大大限制了器件的应用场景灵活性以及兼容性。因此实现常温下高响应度电脉冲可调谐的中波红外探测仍然具有挑战并且尤为重要。

2、因此需要提出新的方案来解决这个问题。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种高响应度电脉冲调谐中波红外光电探测器及制备方法，实现常温下高响应度、长截止波长及小尺寸的中波红外探测。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：该一种高响应度电脉冲调谐中波红外光电探测器，包括位于衬底，sio2介质层，石墨烯(graphene)层，六方氮化硼(h-bn)层，二硫化钼(mos2)层，黑磷(bp)层，源极(cr/au)，漏极(cr/au)，所述衬底位于最底部其上表面设置有sio2介质层，所述石墨烯层局部覆盖在sio2介质层上，所述石墨烯层的上设置有六方氮化硼层且将石墨烯层的上表面完全覆盖，所述二硫化钼层局部覆盖在六方氮化硼层上，所述石墨烯层与二硫化钼层和黑磷层无接触，所述二硫化钼层与石墨烯层在垂直方向上的投影有部分重叠，所述黑磷层的局部覆盖在二硫化钼层，所述黑磷层和二硫化钼层的交叠区域与石墨烯层在垂直方向上的投影无重叠，所述源极位于二硫化钼层远离黑磷层的一端上，所述漏极位于黑磷层上。

3、进一步的，所述衬底是p型重掺杂的si衬底。

4、进一步的，所述sio2介质层厚度为300纳米。

5、进一步的，所述石墨烯的厚度是6纳米。

6、进一步的，所述六方氮化硼层厚度是11纳米；所述二硫化钼层厚度是10纳米；所述黑磷层厚度是47纳米。

7、进一步的，所述源极为cr和au电极，cr在二硫化钼层上厚度为10纳米，au在cr上厚度为70纳米；

8、所述漏极为cr和au电极，cr在黑磷层上厚度为10纳米，au在cr上厚度为70纳米。

9、如上述的一种高响应度电脉冲调谐中波红外光电探测器的制备方法：包括如下步骤：

10、s1，基底预处理：选择sio2介质层/衬底复合基底，对表面依次进行丙酮和乙二醇超声清洗；

11、s2，二维材料转移：

12、a. 采用聚二甲基硅氧烷（pdms）机械剥离法，分别从块状晶体中剥离石墨烯层、六方氮化硼层、二硫化钼层、黑磷层；

13、b. 通过定点转移平台的干法转移技术，依次将石墨烯层、六方氮化硼层、二硫化钼层、黑磷层按权利要求1所述位置关系转移至基底，确保：

14、石墨烯层局部覆盖sio2介质层，六方氮化硼层完全覆盖石墨烯层；

15、二硫化钼层局部覆盖六方氮化硼层，且与石墨烯层在垂直投影上部分重叠；

16、黑磷层局部覆盖二硫化钼层，其交叠区域与石墨烯层垂直投影无接触；

17、s3，电极制备：

18、a. 通过电子束曝光（ebl）在二硫化钼层远离黑磷层的一端及黑磷层表面分别图形化源极和漏极区域；

19、b. 采用电子束蒸发（ebe）沉积金属，依次在图形化区域生长10 nm厚的cr层和70nm厚的au层，形成源极和漏极。

20、综上所述，本发明具有以下有益效果：

21、1）高响应度：常温下中波红外峰值响应波长为3.6 μm，响应度达1.68 a/w（商用产品约1 a/w）。

22、2）长截止波长：响应截止波长扩展至3.9 μm，覆盖典型中波红外波段。

23、3）小尺寸与低成本：单元器件面积~100 μm²（商用产品~1 mm²），且无需低温冷却系统。

24、4）动态可调性：通过电脉冲实时调控光电流，适应复杂探测场景需求。

1.一种高响应度电脉冲调谐中波红外光电探测器，其特征在于：包括位于衬底（1），sio2介质层（2），石墨烯层（3），六方氮化硼层（4），二硫化钼层（5），黑磷层（6），源极（7），漏极（8），所述衬底（1）位于最底部其上表面设置有sio2介质层（2），所述石墨烯层（3）局部覆盖在sio2介质层（2）上，所述石墨烯层（3）的上设置有六方氮化硼层（4）且将石墨烯层（3）的上表面完全覆盖，所述二硫化钼层（5）局部覆盖在六方氮化硼层（4）上，所述石墨烯层（3）与二硫化钼层（5）和黑磷层（6）无接触，所述二硫化钼层（5）与石墨烯层（3）在垂直方向上的投影有部分重叠，所述黑磷层（6）的局部覆盖在二硫化钼层（5），所述黑磷层（6）和二硫化钼层（5）的交叠区域与石墨烯层（3）在垂直方向上的投影无重叠，所述源极（7）位于二硫化钼层（5）远离黑磷层（6）的一端上，所述漏极（8）位于黑磷层（6）上。

2.根据权利要求1所述的一种探测器，其特征在于：所述衬底（1）是p型重掺杂的si衬底。

3.根据权利要求1所述的一种探测器，其特征在于：所述sio2介质层（2）厚度为300纳米。

4.根据权利要求1所述的一种探测器，其特征在于：所述石墨烯（3）的厚度是6纳米。

5.根据权利要求1所述的一种探测器，其特征在于：所述六方氮化硼层（4）厚度是11纳米；

6.根据权利要求1所述的一种探测器，其特征在于：

7.一种如权利要求1-7所述的高响应度电脉冲调谐中波红外光电探测器的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：