本发明属于半导体器件制备技术领域,更具体地,涉及一种异质结材料及其应用。
背景技术:
半导体光电探测器是利用半导体材料中的光电效应来接收和探测光信号的器件,是现代光电器件中不可或缺的部分。然而,现有的光电探测器存在光电转换效率低、响应时间慢、探测波段有限等问题,因此,亟需研究一种高性能宽波段响应的红外光电探测器。
二维材料异质结是指两种或多种不同二维材料紧密接触构成的复合结构,具有不同材料拥有的优异特性,能够表现出不同于单一材料的性能,因此,以异质结为主体的光电器件性能往往比单一材料制备的同类器件性能更加优越。
现有的二维异质结材料存在一定的界面缺陷、功能不匹配等问题,且由于材料制备工艺的限制,制备大尺寸高质量的异质结较为困难,无法满足工业化应用的需求。现有二维材料异质结制备方法多为转移和化学沉积法,其中通过转移方法获得的薄膜,容易出现不平整、接触不充分的现象,薄膜表面物质没有去除干净,存在气泡、褶皱,这会影响异质结的质量。通过化学气相沉积制备的异质结,生长位置、生长面积不可控,化学气相沉积法无法稳定大规模地生产异质结。
因此,目前需要设计一种性能良好且制备可控的异质结以适用于光电半导体器件。
技术实现要素:
本发明提供一种异质结材料及其应用,用以解决现有异质结制备不可控、性能有限的技术问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种异质结材料,包括:依次层叠设置的硒化钼薄膜、第一钝化层和硫化铅薄膜;其中,所述硒化钼薄膜通过以下方法制得:
将硒化钼前驱体溶液旋涂至衬底上,用激光器照射所述衬底上的前驱体溶液得到硒化钼薄膜。
本发明的有益效果是:首先,由于硒化钼和硫化铅材料的光电探测性能,该异质结可探测红外光和近红外光,并且光谱响应范围广、光吸收强度高,应用前景广阔。其次,采用激光辐照来制备硒化钼薄膜,通过激光辐照技术制备的硒化钼薄膜具有高质量、尺寸大的特点,可根据需求在特定位置制备二维材料硒化钼,并且通过改变工艺可确定薄膜的尺寸,该方法具有成本低、收率高和能大规模生产等特点。另外,在硒化钼和硫化铅薄膜之间设置钝化层可减少材料之间的能极差,降低势垒高度,可有效抑制界面缺陷产生。
上述技术方案的基础上,本发明还可以做如下改进。
进一步,所述第一钝化层的材料为al2o3。
本发明的进一步有益效果是:al2o3材料具有合适的功函数和能带位置,有利于降低界面缺陷态密度,提高异质结的性能。当将异质结应用于太阳能电池时可很好地调控界面。
进一步,所述硒化钼薄膜的长度范围为1cm~3cm、宽度范围为5mm~20mm、薄膜厚度范围为5nm~15nm。
本发明的进一步有益效果是:采用激光辐射方法制备硒化钼薄膜,可制备连续、均匀且面积较大的薄膜。
进一步,所述硫化铅薄膜的厚度范围为50nm~300nm,所述异质结的长度范围为5mm~30mm、宽度范围为1mm~10mm,所述第一钝化层的厚度为3nm~5nm。
本发明还提供一种如上所述的异质结材料的应用,应用于半导体器件。
本发明的有益效果是:可在特定衬底上生长大尺寸、高质量的异质结,以满足工业化生产的应用需求。采用硒化钼和硫化铅制备的异质结有广泛的光谱响应范围、光吸收强度高的特点,利于制备高效率的光电子器件。
进一步,所述半导体器件为光电探测器。
本发明还提供一种光电探测器,包括:绝缘衬底、如上所述的异质结材料、第二钝化层和两个电极;
所述异质结材料中的硒化钼薄膜层叠在所述绝缘衬底上表面;所述第二钝化层在硒化钼薄膜上表面;所述两个电极分别在所述第一钝化层上表面和所述第二钝化层上表面。
本发明还提供一种如上所述的光电探测器的制备方法,包括:
将硒化钼前驱体溶液旋涂至衬底上,用激光器照射所述衬底上的前驱体溶液得到硒化钼薄膜;
在硒化钼薄膜表面电子束蒸发第一钝化层,并光刻出硫化铅区域,利用磁控溅射淀积硫化铅薄膜,得到硒化钼-硫化铅异质结;
光刻出第二钝化层区域,电子束蒸发第二钝化层的材料,光刻出电极图案,电子束蒸发ti/au电极,得到所述异质结光电探测器。
本发明的有益效果是:该制备方法采用激光辐照来制备硒化钼薄膜,适合生产高质量的薄膜,该方法具有成本低、收率高和能大规模生产等特点。另外,利用光刻技术与硒化钼-硫化铅异质结制备相结合,可以按照所需制造器件结构,选区制备异质结,可精确控制异质结面积,可制作大规模阵列或复杂电路结构。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种异质结材料结构示意图;
图2为本发明实施例提供的一种光电探测器结构示意图;
图3为本发明实施例提供的光电探测器制备方法流程图;
图4为图3对应的光电探测器制备过程的结构性示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例一
一种异质结材料,如图1所示,包括:依次层叠设置的硒化钼薄膜、第一钝化层和硫化铅薄膜;其中,硒化钼薄膜通过以下方法制得:将硒化钼前驱体溶液旋涂至衬底上,用激光器照射衬底上的前驱体溶液得到硒化钼薄膜。
硫化铅是重要的半导体材料,其带隙较窄(0.41ev)并且玻尔半径(18nm)较大,因为其介电常数较大,折射率高,该材料在国防、工业、农业建设中得到了大规模应用,近几十年来受到了科学界的广泛重视。硒化钼是一种层状结构的过渡金属硫化物材料,呈典型的层状结构,因其光吸收强、光电转换效率高等特点可以制备高效率的光电子器件,在太阳能电池、光催化剂、光电晶体管等领域具有巨大的应用前景
由于硒化钼和硫化铅材料的光电探测性能,该异质结可探测红外光和近红外光,并且光谱响应范围广、光吸收强度高,利于制备高效率的光电子器件,应用前景广阔,而且便于集成,实用性高。采用激光辐照来制备硒化钼薄膜,通过激光辐照技术所制备的硒化钼薄膜具有高质量、尺寸大的特点,可根据需求在特定位置制备二维材料硒化钼,并且通过改变工艺可确定薄膜的尺寸,适合生产高质量的薄膜,该方法具有成本低、收率高和能大规模生产等特点。可在衬底上生长大尺寸、高质量的异质结,以满足工业化生产的应用需求。
优选的,第一钝化层的材料为al2o3。al2o3材料具有合适的功函数和能带位置,有利于降低界面缺陷态密度,提高异质结的性能。当将异质结应用于太阳能电池时可很好地调控界面。
优选的,硒化钼薄膜的长度范围为1cm~3cm、宽度范围为5mm~20mm、薄膜厚度范围为5nm~15nm。
优选的,硫化铅薄膜的厚度范围为50nm~300nm,异质结的长度范围为5mm~30mm、宽度范围为1mm~10mm,第一钝化层的厚度为3nm~5nm。
实施例二
一种如上所述的异质结材料的应用,应用于半导体器件。
可在特定衬底上生长大尺寸、高质量的异质结,以满足工业化生产的应用需求。采用硒化钼和硫化铅制备的异质结有广泛的光谱响应范围、光吸收强度高的特点,利于制备高效率的光电子器件。优选的,半导体器件为光电探测器。
实施例三
一种光电探测器,如图2所示,包括:绝缘衬底、如上实施例一所述的异质结材料、第二钝化层和两个电极。异质结材料中的硒化钼薄膜层叠在绝缘衬底上表面;第二钝化层在硒化钼薄膜上表面;两个电极分别在第一钝化层上表面和第二钝化层上表面。
实施例四
一种如实施例三所述的光电探测器的制备方法,包括:
将硒化钼前驱体溶液旋涂至衬底上,用激光器照射所述衬底上的前驱体溶液得到硒化钼薄膜;
在硒化钼薄膜表面电子束蒸发第一钝化层,并光刻出硫化铅区域,利用磁控溅射淀积硫化铅薄膜,得到硒化钼-硫化铅异质结;
光刻出第二钝化层区域,电子束蒸发第二钝化层的材料,光刻出电极图案,电子束蒸发ti/au电极,得到所述异质结光电探测器。
具体的,如图3所示,可按照以下步骤进行制备:
s1:将混合溶剂、硒脲和五氯化钼混合均匀得到反应前驱体溶液,旋涂到绝缘衬底上并烘干,用激光照射制得硒化钼薄膜;
s2:通过电子束蒸发,在硒化钼薄膜表面蒸镀al2o3钝化层;
s3:在样品表面旋涂光刻胶,烘干,用掩膜版曝光,去胶;
s4:将样品放在样品夹具上,预溅射硫化铅后开始沉积,沉积结束后自然冷却至室温,得到硒化钼-硫化铅异质结。
s5:采用包括旋涂光刻胶、紫外曝光、显影等工艺获得zno钝化层区域,电子束蒸发zno,去胶,得到zno钝化层;
s6:采用包括旋涂光刻胶、紫外曝光、显影等工艺获得探测器电极图案,电子束蒸发ti/au电极,去胶,得到硒化钼-硫化铅光电探测器。
所述步骤s1具体为:称取硒脲放入烧杯,加入一定的乙二醇和异丙醇,最后称取五氯化钼倒入烧杯,用磁力搅拌至充分溶解;移液枪吸取50~100μl前驱体溶液滴在绝缘衬底上,用1000rpm~1500rpm旋涂15s~30s,旋涂完成后立即烘干;最后用激光器照射绝缘衬底上的前驱体溶液,激光输出功率为50w~200w,照射时间为0.5s~2s。
所述步骤s3具体为:在样品上滴入光刻胶,用2000rpm~5000rmp旋转15s~30s,放到90℃~110℃的热板上烘烤60s~90s,用所需电极结构的掩膜版,曝光15s,光源采用350w汞光灯,最后用显影液浸泡30s~60s,用去离子水冲洗干净,用氮气枪吹干。
所述步骤s4具体为:将样品放置好后,用机械泵和分子泵将沉积室抽真空至7×10-4pa以下,通入高纯度氩气,调节沉积室压强至1.5~2.5pa,溅射功率调节为15w~200w,预溅射1min~2min去除靶表面的污染,接着打开挡板进行沉积,沉积结束后自然冷却至室温,去胶,得到硒化钼-硫化铅异质结。
进一步具体的制备过程如下:
(1)衬底准备:选取大小为2~4英寸、氧化层二氧化硅厚度为100nm~300nm的硅片,先放入丙酮溶液(纯度大于99.5%)中超声3min~10min,再放入无水乙醇(纯度大于99.7%)中超声3min~10min,最后放入去离子水中清洗超声3min~10min。
(2)前驱体准备:用天平称取50mg~200mg硒脲放入烧杯中,再加入1ml~5ml乙二醇和0.1ml~3ml异丙醇作为溶剂,最后加入20mg~50mg五氯化钼,在40℃~60℃下磁力搅拌30min~90min,得到前驱体溶液。将洗净的硅片置于匀胶机上,用移液枪吸取50μl~300μl前驱体溶液滴加到硅片表面,使用500rmp~2000rmp旋涂30s~90s,在70℃~100℃的热板上烘烤30s~90s。
(3)激光辐照:在真空环境或惰性气体氛围下,用激光器照射前驱体溶液,激光功率为50w~300w,照射时间为0.1s~5s,最后得到制备好的硒化钼薄膜,薄膜长为1cm~3cm,宽度为5mm~20mm,厚度为5nm~15nm。
(4)样品表面预处理:用丙酮将硅片上多余的前驱体溶液清洗干净,再放入无水乙醇中洗涤30s~90s,最后用氮气枪将多余无水乙醇吹干。
(5)蒸镀al2o3:用电子束蒸发al2o3钝化层,厚度为3nm~5nm。
(6)光刻:采用az5214型号光刻胶,在硒化钼薄膜上滴加光刻胶,以500rmp~3000rmp旋涂30s~90s,再放在热板上的烘烤,然后采用所需异质结结构的掩膜版,光源采用350w汞光灯,曝光5s~15s,最后将曝光好的硅片放入显影液中浸泡10s~60s,去离子水清洗干净,氮气枪吹干。
(7)腔室抽真空:将样品装在样品夹具上,用机械泵和分子泵将沉积室压强抽到7×10-4pa以下。
(8)磁控溅射:打开氩气通气阀,将沉积室压强调节至1.5~2.5pa,溅射功率调节为20w~200w,预溅射1min~2min去除靶表面的污染,接着打开插板阀进行沉积,溅射5min~20min,得到硫化铅薄膜,薄膜厚度为50nm~300nm。
(9)取样去胶:沉积结束后自然冷却至室温,取出样品,用nmp浸泡1h~2h,用去离子水冲洗干净,再用氮气枪吹干,最后获得生长在硅片上的硒化钼-硫化铅异质结,异质结长度范围为5mm~30mm,宽度范围为1mm~10mm。
(10)光刻zno区域:采用az5214型号光刻胶,在样品上滴加光刻胶,以500rmp~3000rmp旋涂30s~90s,再放在热板上烘烤,然后曝光5s~15s,最后将样品放入显影液中浸泡,离子水清洗干净,氮气枪吹干。
(11)蒸镀zno:对样品进行电子束蒸发,蒸镀上zno,厚度为3nm~5nm。
(12)去胶:将样品用nmp浸泡1h~2h,用去离子水冲洗干净,再用氮气枪吹干。
(13)光刻电极:采用az5214型号光刻胶,在样品上滴加光刻胶,以500rmp~3000rmp旋涂30s~90s,再放在热板上烘烤,然后曝光5s~15s,最后将样品放入显影液中浸泡,去离子水清洗干净,氮气枪吹干。
(14)蒸镀电极:对样品进行电子束蒸发,底层蒸镀上ti,厚度为5nm~20nm,顶层蒸镀上au,厚度为50nm~100nm。
(15)去胶:将样品用nmp浸泡1h~2h,用去离子水冲洗干净,再用氮气枪吹干,最后得到制备好的硒化钼-硫化铅异质结光电探测器。
现给出如下示例:
示例一
(1)衬底准备:选取大小为2英寸、氧化层二氧化硅厚度为100nm的硅片,先放入丙酮溶液(纯度大于99.5%)中超声3min,再放入无水乙醇(纯度大于99.7%)中超声3min,最后放入去离子水中清洗超声3min。
(2)前驱体准备:用天平称取50mg硒脲放入烧杯中,再加入2ml乙二醇和1ml异丙醇作为溶剂,最后加入20mg五氯化钼,在40℃下磁力搅拌90min,得到前驱体溶液。将洗净的硅片置于匀胶机上,用移液枪吸取50μl前驱体溶液滴加到硅片表面,使用2000rmp旋涂30s,在100℃的热板上烘烤30s。
(3)激光辐照:在真空环境或惰性气体氛围下,用激光器照射前驱体溶液,激光功率为50w,照射时间为5s,最后得到制备好的硒化钼薄膜,薄膜长度为1cm,宽度为5mm,厚度为5nm。
(4)样品表面预处理:用丙酮将样品表面多余的前驱体溶液清洗干净,再放入无水乙醇中洗涤90s,最后用氮气枪将多余无水乙醇吹干。
(5)蒸镀al2o3:用电子束蒸发al2o3钝化层,厚度为3nm。
(6)光刻:采用az5214型号光刻胶,在样品上滴加光刻胶,以2000rmp旋涂45s,再放在热板上烘烤,然后曝光15s,最后将样品放入显影液中浸泡10s,去离子水清洗干净,氮气枪吹干。
(7)腔室抽真空:将样品装在样品夹具上,用机械泵和分子泵将沉积室压强抽到7×10-4pa以下。
(8)磁控溅射:打开氩气通气阀,将沉积室压强调节至2.5pa,溅射功率调节为20w,预溅射2min去除靶表面的污染,接着打开插板阀进行沉积,溅射20min,得到硫化铅薄膜,薄膜厚度为50nm。
(9)取样去胶:沉积结束后自然冷却至室温,取出样品,用nmp浸泡1h,离子水冲洗干净,氮气枪吹干,最后获得生长在硅片上的硒化钼-硫化铅异质结,异质结长度为5mm,宽度为1mm。
(10)光刻zno区域:采用az5214型号光刻胶,在样品上滴加光刻胶,以500rmp旋涂90s,再放在热板烘烤,然后曝光10s,最后将样品放入显影液中浸泡,去离子水清洗干净,氮气枪吹干。
(11)蒸镀zno:对样品进行电子束蒸发,蒸镀上zno,厚度为3nm。
(12)去胶:将样品用nmp浸泡2h,用去离子水冲洗干净,再用氮气枪吹干。
(13)光刻电极:采用az5214型号光刻胶,在样品上滴加光刻胶,以500rmp旋涂90s,再放在热板上烘烤,然后曝光5s,最后将样品放入显影液中浸泡,去离子水清洗干净,氮气枪吹干。
(14)蒸镀电极:对样品进行电子束蒸发,底层蒸镀上ti,厚度为5nm,顶层蒸镀上au,厚度为50nm。
(15)去胶:将样品用nmp浸泡1h,用去离子水冲洗干净,再用氮气枪吹干,最后得到制备好的硒化钼-硫化铅异质结光电探测器异质结长度为5mm,宽度为1mm。
示例二
1)衬底准备:选取大小为4英寸、氧化层二氧化硅厚度为200nm的硅片,先放入丙酮溶液(纯度大于99.5%)中超声10min,再放入无水乙醇(纯度大于99.7%)中超声10min,最后放入去离子水中清洗超声10min。
(2)前驱体准备:用天平称取200mg硒脲放入烧杯中,再加入4ml乙二醇和2ml异丙醇作为溶剂,最后加入50mg五氯化钼,在60℃下磁力搅拌30min,得到前驱体溶液。将洗净的硅片置于匀胶机上,用移液枪吸取300μl前驱体溶液滴加到硅片表面,使用500rmp旋涂90s,在70℃的热板上烘烤90s。
(3)激光辐照:在真空环境或惰性气体氛围下,用激光器照射硅片上旋涂好的前驱体溶液,激光功率为300w,照射时间为0.1s,最后得到制备好的硒化钼薄膜,薄膜长度为3cm,宽度为20mm,厚度为15nm。
(4)样品表面预处理:用丙酮将样品上多余的前驱体溶液清洗干净,再放入无水乙醇中洗涤90s,最后用氮气枪将多余无水乙醇吹干。
(5)蒸镀al2o3:用电子束蒸发al2o3钝化层,厚度为5nm。
(6)光刻:采用az5214型号光刻胶,在样品上滴加光刻胶,以500rmp旋涂90s,再放在热板烘烤,然后曝光5s,最后将样品放入显影液中浸泡,去离子水清洗干净,氮气枪吹干。
(7)腔室抽真空:将样品装在样品夹具上,用机械泵和分子泵将沉积室压强抽到7×10-4pa以下。
(8)磁控溅射:打开氩气通气阀,将沉积室压强调节至1.5pa,溅射功率调节为200w,预溅射1min去除靶表面的污染,接着打开插板阀进行沉积,溅射5min,得到硫化铅薄膜,厚度为300nm。
(9)取样去胶:沉积结束后自然冷却至室温,取出沉淀好的薄膜,用nmp浸泡2h,去离子水冲洗干净,用氮气枪吹干,最后获得生长在硅片上的硒化钼-硫化铅异质结,异质结长度为30mm,宽度为10mm。
(10)光刻zno区域:采用az5214型号光刻胶,在样品上滴加光刻胶,以1000rmp旋涂70s,再放在热板上烘烤,然后曝光5s,最后将样品放入显影液中浸泡,去离子水清洗干净,氮气枪吹干。
(11)蒸镀zno:对样品进行电子束蒸发,蒸镀上zno,厚度为3nm。
(12)去胶:将样品用nmp浸泡2h,用去离子水冲洗干净,再用氮气枪吹干。
(13)光刻电极:采用az5214型号光刻胶,在样品上滴加光刻胶,以3000rmp旋涂30s,再放在热板上烘烤,然后曝光15s,最后将样品放入显影液中浸泡,去离子水清洗干净,氮气枪吹干。
(14)蒸镀电极:对样品进行电子束蒸发,底层蒸镀上ti,厚度为20nm,顶层蒸镀上au,厚度为100nm。
(15)去胶:将样品用nmp浸泡2h,用去离子水冲洗干净,再用氮气枪吹干,最后得到制备好的硒化钼-硫化铅异质结光电探测器,异质结长度为30mm,宽度为10mm。
示例三
(1)衬底准备:选取大小为3英寸、氧化层二氧化硅厚度为200nm的硅片,先放入丙酮溶液(纯度大于99.5%)中超声5min,再放入无水乙醇(纯度大于99.7%)中超声5min,最后放入去离子水中清洗超声5min。
(2)前驱体准备:用天平称取50mg硒脲放入烧杯中,再加入1ml乙二醇和0.1ml异丙醇作为溶剂,最后加入20mg五氯化钼,在50℃下磁力搅拌60min,得到前驱体溶液。将洗净的硅片置于匀胶机上,用移液枪吸取100μl前驱体溶液滴加到硅片表面,使用1500rmp旋涂60s,在100℃的热板上烘烤50s。
(3)激光辐照:在真空环境或惰性气体氛围下,用激光器照射硅片上旋涂好的前驱体溶液,激光功率为100w,照射时间为3s,最后得到制备好的硒化钼薄膜,薄膜长度为2cm,宽度为15mm,厚度为10nm。
(4)样品表面预处理:用丙酮将样品上多余的前驱体溶液清洗干净,再放入无水乙醇中洗涤30s,最后用氮气枪将多余无水乙醇吹干。
(5)蒸镀al2o3:用电子束蒸发al2o3钝化层,厚度为4nm。
(6)光刻:采用az5214型号光刻胶,在样品上滴加光刻胶,以2500rmp旋涂45s,再放在热板上烘烤,然后曝光10s,最后将样品放入显影液中浸泡,去离子水清洗干净,氮气枪吹干。
(7)腔室抽真空:将样品装在样品夹具上,用机械泵和分子泵将沉积室压强抽到7×10-4pa以下。
(8)磁控溅射:打开氩气通气阀,将沉积室压强调节至2pa,溅射功率调节为50w,预溅射2min去除靶表面的污染,接着打开插板阀进行沉积,溅射15min,得到硫化铅薄膜,厚度为100nm。
(9)取样去胶:沉积结束后自然冷却至室温,取出沉淀好的薄膜,用nmp浸泡2h,去离子水冲洗干净,用氮气枪吹干,最后获得生长在硅片上的硒化钼-硫化铅异质结,异质结长度为10mm,宽度为5mm。
(10)光刻zno区域:采用az5214型号光刻胶,在样品上滴加光刻胶,以1000rmp旋涂50s,再放在热板上烘烤,然后曝光10s,最后将样品放入显影液中浸泡,去离子水清洗干净,氮气枪吹干。
(11)蒸镀zno:对样品进行电子束蒸发,蒸镀上zno,厚度为4nm。
(12)去胶:将样品用nmp浸泡2h,用去离子水冲洗干净,再用氮气枪吹干。
(13)光刻电极:采用az5214型号光刻胶,在样品上滴加光刻胶,以1500rmp旋涂60s,再放在热板上烘烤,然后曝光10s,最后将样品放入显影液中浸泡,去离子水清洗干净,氮气枪吹干。
(14)蒸镀电极:对样品进行电子束蒸发,底层蒸镀上ti,厚度为10nm,顶层蒸镀上au,厚度为50nm。
(15)去胶:将样品用nmp浸泡1h,用去离子水冲洗干净,再用氮气枪吹干,最后得到制备好的硒化钼-硫化铅异质结光电探测器,异质结长度为5mm,宽度为10mm。
示例四
(1)衬底准备:选取大小为2英寸、氧化层二氧化硅厚度为300nm的硅片,先放入丙酮溶液(纯度大于99.5%)中超声6min,再放入无水乙醇(纯度大于99.7%)中超声6min,最后放入去离子水中清洗超声6min。
(2)前驱体准备:用天平称取100mg硒脲放入烧杯中,再加入3ml乙二醇和1.5ml异丙醇作为溶剂,最后加入30mg五氯化钼,在60℃下磁力搅拌30min,得到前驱体溶液。将洗净的硅片置于匀胶机上,用移液枪吸取75μl前驱体溶液滴加到硅片表面,使用2000rmp旋涂50s,在70℃的热板上烘烤40s。
(3)激光辐照:在真空环境或惰性气体氛围下,用激光器照射硅片上旋涂好的前驱体溶液,激光功率为300w,照射时间为1s,最后得到制备好的硒化钼薄膜,薄膜长度为1cm,宽度为20mm,厚度为5nm。
(4)样品表面预处理:用丙酮将样品上多余的前驱体溶液清洗干净,再放入无水乙醇中洗涤50s,最后用氮气枪将多余无水乙醇吹干。
(5)蒸镀al2o3:用电子束蒸发al2o3钝化层,厚度为3nm。
(6)光刻:采用az5214型号光刻胶,在样品上滴加光刻胶,以500rmp旋涂90s,再放在热板上烘烤,然后曝光10s,最后将样品放入显影液中浸泡,去离子水清洗干净,氮气枪吹干。
(7)腔室抽真空:将样品装在样品夹具上,用机械泵和分子泵将沉积室压强抽到7×10-4pa以下。
(8)磁控溅射:打开氩气通气阀,将沉积室压强调节至1.5pa,溅射功率调节为100w,预溅射2min去除靶表面的污染,接着打开插板阀进行沉积,溅射10min,得到硫化铅薄膜,薄膜厚度为300nm。
(9)取样去胶:沉积结束后自然冷却至室温,取出沉淀好的薄膜,用nmp浸泡1h,去离子水冲洗干净,用氮气枪吹干,最后获得生长在硅片上的硒化钼-硫化铅异质结,异质结长度为25mm,宽度为8mm。
(10)光刻zno区域:采用az5214型号光刻胶,在样品上滴加光刻胶,以3000rmp旋涂70s,再放在热板上烘烤,然后曝光8s,最后将样品放入显影液中浸泡,去离子水清洗干净,氮气枪吹干。
(11)蒸镀zno:对样品进行电子束蒸发,蒸镀上zno,厚度为4nm。
(12)去胶:将样品用nmp浸泡2h,用去离子水冲洗干净,再用氮气枪吹干。
(13)光刻电极:采用az5214型号光刻胶,在样品上滴加光刻胶,以1000rmp旋涂80s,再放在热板上烘烤,然后曝光10s,最后将样品放入显影液中浸泡,去离子水清洗干净,氮气枪吹干。
(14)蒸镀电极:对样品进行电子束蒸发,底层蒸镀上ti,厚度为20nm,顶层蒸镀上au,厚度为80nm。
(15)去胶:将样品用nmp浸泡2h,用去离子水冲洗干净,再用氮气枪吹干,最后得到制备好的硒化钼-硫化铅异质结光电探测器,异质结长度为30mm,宽度为10mm。
上述制备方法采用激光辐照来制备硒化钼薄膜,适合生产高质量的薄膜,该方法具有成本低、收率高和能大规模生产等特点。另外,利用光刻技术与硒化钼-硫化铅异质结制备相结合,可以按照所需制造器件结构,选区制备异质结,可精确控制异质结面积,可制作大规模阵列或复杂电路结构。
综上,本发明提供的光电探测器光电性能好,且器件制备难度相对较低,制备周期相对较短,适合大规模制备量化生产。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种异质结材料,其特征在于,包括:依次层叠设置的硒化钼薄膜、第一钝化层和硫化铅薄膜;其中,所述硒化钼薄膜通过以下方法制得:
将硒化钼前驱体溶液旋涂至衬底上,用激光器照射所述衬底上的前驱体溶液得到硒化钼薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种异质结材料,其特征在于,所述第一钝化层的材料为al2o3。
3.根据权利要求1所述的一种异质结材料,其特征在于,所述硒化钼薄膜的长度范围为1cm~3cm、宽度范围为5mm~20mm、薄膜厚度范围为5nm~15nm。
4.根据权利要求1所述的一种异质结材料,其特征在于,所述硫化铅薄膜的厚度范围为50nm~300nm,所述异质结的长度范围为5mm~30mm、宽度范围为1mm~10mm,所述第一钝化层的厚度为3nm~5nm。
5.一种如权利要求1至4任一项所述的异质结材料的应用,其特征在于,应用于半导体器件。
6.根据权利要求5所述的应用,其特征在于,所述半导体器件为光电探测器。
7.一种光电探测器,其特征在于,包括:绝缘衬底、如权利要求1至4任一项所述的异质结材料、第二钝化层和两个电极;
所述异质结材料中的硒化钼薄膜层叠在所述绝缘衬底上表面;所述第二钝化层在硒化钼薄膜上表面;所述两个电极分别在所述第一钝化层上表面和所述第二钝化层上表面。
8.一种如权利要求7所述的光电探测器的制备方法,其特征在于,包括:
将硒化钼前驱体溶液旋涂至衬底上,用激光器照射所述衬底上的前驱体溶液得到硒化钼薄膜;
在硒化钼薄膜表面电子束蒸发第一钝化层,并光刻出硫化铅区域,利用磁控溅射淀积硫化铅薄膜,得到硒化钼-硫化铅异质结;
光刻出第二钝化层区域,电子束蒸发第二钝化层的材料,光刻出电极图案,电子束蒸发ti/au电极,得到所述异质结光电探测器。
技术总结