一种基于多层WS2/Si结构的高灵敏度位置探测器的制作方法

一种基于多层ws2/si结构的高灵敏度位置探测器
技术领域
1.本发明属于光电探测器领域，具体涉及一种基于多层ws2/si结构的高灵敏度位置探测器及其构筑方法。


背景技术：

2.2004 年，novoselov 等人通过机械剥离方法首次获得单层碳原子的石墨烯，这标志着二维材料进入大众视野。随着研究的深入，人们发现虽然石墨烯拥有超薄，坚固的物理性质，优异的光学和电学性能，但是由于其零带隙的天生缺陷，不能在电子器件中得到广泛的应用，于是人们将目光转向了除石墨烯以外的二维材料，如过渡金属硫属化物（tmds）mx2。tmds是具有类石墨烯结构的二维层状半导体材料，其中 m 为过度金属元素，x 为s，se，te，它拥有优异的电学，光学和磁性能，因此得到了广泛研究，其中二硫化钨（ws2）是一种典型的层状过渡金属硫属化物。由于量子限域效应，ws2的禁带宽度会随着层数的减少而增加，当 ws2由多层变为单层薄膜时，其带隙会由间接带隙转变为直接带隙，这一性质使其在电子器件中具有广泛的应用前景，基于侧向光伏效应的位置探测器就是其中的一个方面。
3.侧向光伏效应的殊性在于：当组成结的两种材料均匀分布时，侧向光伏的值会随着点光源的照射位置线性改变。现今按照光谱分布来看，紫外与可见光范围内关于侧向光伏效应的研究已较为成熟，红外范围的研究则处于探索阶段。该效应于1930年首先被肖特基发现，但1957年经wallmark拓展并明确提出侧向光伏效应概念后才正式与太阳能电池中的纵向光伏效应区分开来。80年代贝尔实验室的willen小组将侧向光伏效应拓展至ti/si超晶格与si基底组成的混合结构中，并研究了波长、温度及偏压对侧向光伏效应的影响且讨论了其在位置探测器上的使用。90年代后期到本世纪初，fortunato和martin系统地研究了基于a
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n结的侧向光伏效应在位置探测器上的应用，并给出了评估基于侧向光伏效应的位置探测器性能的一系列参数，包括位置灵敏度、相关系数以及非线性率和空间分辨率等。
4.基于上述原因，开发一种性能可靠的基于侧向光伏效应的位置探测器有着重要的科学意义和工程应用意义。


技术实现要素：

5.本发明目的在于提供一种基于多层ws2/si结构的高灵敏度位置探测器的构筑方法，以开发一种性能可靠的基于侧向光伏效应的位置探测器。
6.本发明的再一目的在于：提供一种上述方法制备得到的基于多层ws2/si结构的高灵敏度位置探测器产品。
7.本发明目的通过以下方案实现，一种基于多层ws2/si结构的高灵敏度位置探测器的构筑方法，包括以下步骤：1）ws2薄膜的制备：
以硅基为衬底，采用原子层沉积技术 (ald)生长ws2薄膜，以六羰基钨w(co)6和硫化氢作为反应前驱体，将高纯氮气以100～150 sccm的流速连续吹扫反应腔室，反应温度设置为300～400℃；每一个ald循环包含四个过程：首先，通入气相的六羰基钨（w(co)6）0.1～0.2s，在衬底上发生化学吸附；然后，氮气吹扫5～10s，将反应过后的剩余反应物吹扫干净；接着通入硫化氢0.8～1.5s，最后，等待氮气吹扫5～10s，清除剩余反应物和化学反应的副产物；通过控制循环数40～150个循环，得到多层ws2结构的ws2/si样品；2）位置探测器器件的构筑：在所得的ws2/si样品表面通过压焊铟电极、涂布导电银胶、光刻au电极方法制备电极，位置探测器器件构筑完毕。
8.本发明利用原子层沉积的方法，制备了多层ws2/si结构样品，该器件构筑方法简单可控，成本低廉，重复性高，故具有明显的应用价值。在侧向光伏研究中，得益于载流子在范德瓦尔斯力连接的层状结构中的高横向迁移率，该器件具有优异的灵敏度和线性度，其灵敏度达到232 mv/mm。同时，该结构具有宽的波段响应的特征，器件对405
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980nm的激光器都有较高的响应。此外器件也表现出很好的响应稳定性。
9.在上述方案基础上，可对硅基进行预处理：将商业硅基先依次使用酒精、丙酮、酒精和去离子水超声波清洗各10~20分钟，清除表面的灰尘和油脂，清洗完成后真空5~20℃烘干，备用。较佳组合为清洗15分钟，清洗后真空烘干温度设定为12℃。
10.进一步的，步骤1)中，高纯氮气以150 sccm的流速连续吹扫反应腔室，反应温度设置为350℃。
11.较优的，步骤1)中，ald反应的循环设计为：通入气相的六羰基钨（w(co)6）0.1s，然后氮气吹扫7s，接着通入硫化氢1s，最后等待氮气吹扫8s，较佳的循环次数为80次。
12.步骤2）中，电极材料选用铟，银，金，较佳效果为压焊铟电极。
13.本发明还提供了一种基于多层ws2/si结构的高灵敏度位置探测器，根据上述任一所述的方法制备得到。
[0014] 与现有技术，本发明的有益效果是 ：本发明提供了一种基于多层ws2/si结构的高灵敏度位置探测器的构筑方法，利用原子层沉积的方法，制备了多层ws2/si结构样品，在侧向光伏研究中，得益于该结构中载流子在范德瓦尔斯力连接的层状结构中的高横向迁移率，该器件具有优异的灵敏度和线性度。同时，该结构具有宽的波段响应的特征，器件对405
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980nm的激光器都有较高的响应。此外器件也表现出很好的响应稳定性。该器件构筑方法简单可控，成本低廉，重复性高，故具有明显的应用价值。
附图说明
[0015]
图1：实施案例器件1在不同波长的单色激光点光源辐照下的侧向光伏响应曲线。
具体实施方式
[0016]
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0017]
实施例1：一种基于多层ws2/si结构的高灵敏度位置探测器，按以下步骤构筑：1）首先将商用硅基底依次使用酒精、丙酮、酒精和去离子水超声波清洗各15分钟，清除表面的灰尘和油脂，清洗完成后真空12℃烘干，得到所需的衬底材料，备用。
[0018]
2）ws2薄膜的制备：以六羰基钨w(co)6和硫化氢作为反应前驱体，将高纯氮气以150 sccm的流速连续吹扫反应腔室，反应温度设置为350℃；每一个ald循环包含四个过程：首先，通入气相的六羰基钨（w(co)6）0.1s，在衬底上发生化学吸附；然后，氮气吹扫7s，将反应过后的剩余反应物吹扫干净；接着通入硫化氢1s，最后，等待氮气吹扫8s，清除剩余反应物和化学反应的副产物；通过控制循环数80个循环，得到多层ws2结构的ws2/si样品；3）位置探测器器件的构筑：在所得的ws2/si样品表面压焊铟电极，位置探测器器件构筑完毕。
[0019]
本实施例器件1在不同波长的单色激光点光源辐照下的侧向光伏响应曲线见附图1所示，器件具有优异的灵敏度和线性度，同时，具有宽的波段响应的特征，器件对405
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980nm的激光器都有较高的响应。
[0020]
实施例2：一种基于多层ws2/si结构的高灵敏度位置探测器，与实施例1步骤近似，按以下步骤构筑：1）首先将商用硅基底依次使用酒精、丙酮、酒精和去离子水超声波清洗各15分钟，清除表面的灰尘和油脂，清洗完成后真空15℃烘干，得到所需的衬底材料，备用。
[0021]
2）ws2薄膜的制备：以六羰基钨w(co)6和硫化氢作为反应前驱体，将高纯氮气以120 sccm的流速连续吹扫反应腔室，反应温度设置为350℃；每一个ald循环包含四个过程：首先，通入气相的六羰基钨（w(co)6）0.1s，在衬底上发生化学吸附；然后，氮气吹扫5s，将反应过后的剩余反应物吹扫干净；接着通入硫化氢1.5s，最后，等待氮气吹扫10s，清除剩余反应物和化学反应的副产物；通过控制循环数100次，得到多层ws2结构的ws2/si样品；3）位置探测器器件的构筑：在所得的ws2/si样品表面通过涂布导电银胶的方法制作电极，位置探测器器件构筑完毕。
[0022]
实施例3：一种基于多层ws2/si结构的高灵敏度位置探测器，与实施例1步骤近似，按以下步骤构筑：1）首先将商用硅基底依次使用酒精、丙酮、酒精和去离子水超声波清洗各20分钟，清除表面的灰尘和油脂，清洗完成后真空20℃烘干，得到所需的衬底材料，备用。
[0023]
2）ws2薄膜的制备：以六羰基钨w(co)6和硫化氢作为反应前驱体，将高纯氮气以100 sccm的流速连续吹扫反应腔室，反应温度设置为320℃；每一个ald循环包含四个过程：首先，通入气相的六羰基钨（w(co)6）0.2s，在衬底上发生化学吸附；然后，氮气吹扫10s，将反应过后的剩余反应物吹扫干净；接着通入硫化氢1.5s，最后，等待氮气吹扫10s，清除剩余反应物和化学反应的
副产物；通过控制循环数40次，得到多层ws2结构的ws2/si样品；3）位置探测器器件的构筑：在所得的ws2/si样品表面通过涂布导电银胶的方法制作电极，位置探测器器件构筑完毕。