一种基于二硒化铂和锗的异质结及光电探测器、及其制备方法

技术领域

本发明涉及异质结、基于异质结的光电探测器技术领域，具体涉及一种基于二硒化铂和锗的异质结及光电探测器、及其制备方法。

背景技术

光电探测器(PDs)是最重要的光电器件之一，它能将入射的光信号转换成电信号。光电探测器(PDs)是光电系统的重要组成部分，更是现代微型化电子工业的关键部件。光电探测器的研究和应用在极大程度上促进了社会的进步和发展。但随着时代的快速发展，传统光电探测器存在的问题也慢慢暴露出来。传统的基于硅的光电检测技术虽然已经相对成熟，但在工作波长、响应度和速度等方面都已经陷入了瓶颈期，同时硅基光电探测器仅适合于200 -1100nm波长的探测，而对其他波长没有光响应。其他用于光电探测器的传统材料(包括碲化镉、砷化镓、碲镉汞)，虽然测量波段可覆盖红外光谱范围的检测，但是这些类型的光电探测器只能在比较苛刻的条件下(比如低温)下获得高灵敏度的检测，而且还面临着复杂的制造技术。随着通信、智能驾驶等技术的发展，发展对1550nm波长探测具有优异特性的光电探测器越来越关键，基于锗(Ge)的探测器适合于800–1800nm波长探测，其商业化的P-I-N结构器件响应度小于1.0A/W,暗电流大(约1μA)，响应上升时间长(约3μs)，同时制备工艺较复杂[APL Photon.6,041302(2021)]。未来的探测器应该具备高的比探测率、极低的暗电流、宽光谱响应等参数指标。

作为一种新兴的10族过渡金属硫族化合物的二维材料，二硒化铂(PtSe

目前，二维PtSe

发明内容

针对本领域存在的不足之处，本发明提供了一种基于二硒化铂(PtSe2)和锗(Ge)的异质结及光电探测器、及其制备方法。由该异质结组成的光电探测器具有可零偏压驱动、高响应率、高探测率、低暗电流、高稳定性、宽光谱响应等优异特性，这为新一代光电探测器铺平了道路。

具体的，本发明通过如下技术方案实现：

根据本发明的第一方面，提出一种基于二硒化铂和锗的异质结，所述异质结为二硒化铂/超薄绝缘层/锗/背面绝缘层的异质结结构，包括锗层、二硒化铂层、超薄绝缘层以及背面绝缘层；

所述超薄绝缘层处于锗层的上方；

所述二硒化铂层处于所述超薄绝缘层的上方；

所述背面绝缘层处于所述锗层的下方。

其中，所述的超薄绝缘层是指不导电的材料而形成，其功能主要体现在提高异质结界面势垒、但不会阻挡电荷隧穿，同时能够钝化界面态、表面态。

进一步的，所述超薄绝缘层的厚度为1～6nm，优选1～4nm。

进一步的，所述二硒化铂层的厚度为0.7nm–50.0nm，由实验的吸收光谱测试表明，本发明制备的二硒化铂薄膜具有半导体特性。

进一步的，所述超薄绝缘层和背面绝缘层的材料包括二氧化硅、氧化铝、氧化石墨烯、氮化硼和绝缘高分子中的任意一种或者多种；优选的，所述绝缘层材料为氧化铝。

进一步的，所述背面绝缘层能够防止锗层被硒化成硒化锗；优选的，所述背面绝缘层选自氧化铝；优选的，所述背面绝缘层的厚度约为10nm。

根据本发明第二方面，提供一种基于二硒化铂和锗的异质结的制备方法，所述异质结的制备方法包括：

在锗层的上方制作一层超薄绝缘层，形成超薄绝缘层/锗的结构；

在锗层的下方制作一层背面绝缘层，形成超薄绝缘层/锗/背面绝缘层的结构；

在所述超薄绝缘层的上方制备一层二硒化铂薄膜，形成二硒化铂/超薄绝缘层/锗/背面绝缘层的异质结结构。

进一步的，所述异质结的制备方法具体包括如下步骤：

(1)在锗衬底上制备一层绝缘层；

(2)在绝缘层/锗衬底上设定工作区，所述工作区用于构筑二硒化铂/超薄绝缘层/锗异质结；

(3)使用腐蚀液腐蚀掉所述工作区的绝缘层而裸露出锗，所述工作区外没有被腐蚀的绝缘层可以隔离所述工作区；

(4)在所述工作区内制备一层超薄绝缘层，形成超薄绝缘层/锗的结构；

(5)在所述锗衬底背面制备一层背面绝缘层，形成超薄绝缘层/锗/背面绝缘层的结构；

(6)在所述工作区内制备一层二硒化铂薄膜，形成二硒化铂/超薄绝缘层/锗/背面绝缘层的异质结结构。

具体地，以锗为衬底和以氧化铝作为超薄绝缘层，本发明上述异质结制备的步骤(1)中通过磁控溅射在锗衬底上制备二氧化硅层。步骤(2)中的工作区设定，是在超净间依次通过匀胶、前烘、曝光、显影、坚膜步骤将所定义的工作区图案转移到衬底上。之后在步骤(3)中优选氢氟酸缓冲溶液刻蚀掉所述的工作区锗上的二氧化硅，因为这样刻蚀过程比较稳定。步骤(4)和(5)中则是通过原子层沉积制备氧化铝作为绝缘层。最后在步骤(6)中于工作区制备二硒化铂薄膜而形成二硒化铂薄膜/氧化铝/锗/氧化铝异质结结构。

本发明采用控制磁控溅射时间和功率实现对异质结构二硒化铂薄膜厚度的有效调控，原理为：二硒化铂薄膜是由磁控溅射的铂薄膜硒化而形成，其中铂薄膜的厚度和硒化后二硒化铂薄膜的厚度在一定程度上是具有线性关系的。所以，可以通过控制磁控溅射的功率和时间而控制铂薄膜的厚度进而控制二硒化铂薄膜的厚度。不同厚度的二硒化铂薄膜具有不同的能带结构，比如禁带宽度；从而控制二硒化铂的厚度可以调节异质结的光吸收以及光电响应，从而影响二硒化铂/绝缘层/锗异质结光电探测器的特性。

所述超薄绝缘层层，可以改变或增加二硒化铂/锗界面的电荷注入势垒，从而调控电荷的输运特性，比如在异质结零偏压下阻挡多子扩散以减小暗电流；在有偏压时，超薄绝缘层不能阻挡电荷隧穿。同时，该绝缘层能够钝化界面态、表面态，降低载流子复合。暗电流小的优势在于可以大幅提高光电探测器的比探测率和开关比，即有效提高探测器的弱光探测能力；

所述背面绝缘层，可以有效的保护锗衬底，防止其在铂薄膜硒化过程中反应生成硒化锗。

所述超薄绝缘层或背面绝缘层的制备，可以依据不同的绝缘层材料而采用不同的制备方法，比如绝缘高分子材料，可以采用溶液法如旋涂法制备；对于氮化硼(h-BN)，可以采用转移方法或直接在锗上采用已有技术制备；对于氧化铝，可以采用电子束沉积、原子层沉积等技术制备。

本发明制备二硒化铂薄膜可以采用常规的制备方法，如前面所述的化学气相沉积法(CVD)、热辅助转化法(TAC)、分子束外延法(MBE)和化学气相传输法(CVT)等。其中，通过热辅助转化法可以选择的前驱体为铂薄膜和硒粉，前驱体反应温度低于400℃、在惰性气氛下进行反应而形成二硒化铂薄膜，该过程兼容于硅基CMOS工艺。

根据本发明第三方面，提供一种基于二硒化铂和锗的异质结的光电探测器，所述光电探测器包括如本发明第一方面所述的异质结和与所述异质结实现电接触的电极；

所述与所述异质结实现电接触的电极包括与所述的二硒化铂层电接触的电极和与锗层形成电接触的电极。

进一步的，所述电极选自金属材料或非金属导体材料。

进一步的，所述非金属导体材料选自石墨烯、PEDOT:PSS。其中，所述PEDOT:PSS指的是一种高分子聚合物的水溶液，导电率很高，根据不同的配方，可以得到导电率不同的水溶液。该产品是由PEDOT和PSS两种物质构成。PEDOT是EDOT(3，4-乙烯二氧噻吩单体)的聚合物，PSS是聚苯乙烯磺酸盐。

根据本发明第四方面，提供一种基于二硒化铂和锗的异质结的光电探测器的制备方法，所述光电探测器的制备方法包括：

制备基于二硒化铂和锗的异质结：在锗层的上方和下方分别制作一层超薄绝缘层和一层背面绝缘层，在所述超薄绝缘层上制备一层二硒化铂薄膜，形成二硒化铂/超薄绝缘层/锗的异质结结构；

制备基于二硒化铂和锗的异质结的光电探测器：在制备获得的基于二硒化铂和锗的异质结的二硒化铂层和锗层上制备电极而完成光电探测器的制备。

其中电极的制备，可以依据电极材料的特性而采用适当的制备方法，如热蒸镀、电子束沉积、溅射、溶液法等。

本发明还提供了所述的基于二硒化铂薄膜和锗的异质结作为光电探测器的应用。由于二硒化铂和锗的光电响应和在二硒化铂/锗界面存在一薄层的氧化铝层，所述的光电探测器具有高效率、宽光谱响应等特性。由于二硒化铂是P型半导体，衬底锗是N型半导体，在两者形成异质结后N型半导体中的电子会向P型半导体方向扩散，P型半导体中的空穴会向N型半导体方向扩散。由于电子和空穴的扩散，在互相靠近的N侧和P侧分别出现未被补偿的、固定施主离子(正离子)和受主离子(负离子)，空间电荷建立了一个电场，即空间电荷区电场，电场方向由N型半导体指向P型半导体方向。而空间电荷区电场的存在可以使所述的光电探测器在零偏压下可以快速分离因入射光所生成的光生载流子而形成光电流。

本发明二硒化铂薄膜/绝缘层/锗/绝缘层异质结中存在的超薄绝缘层可以增加二硒化铂/锗界面势垒，从而调控电荷的输运特性，比如在异质结零偏压下阻挡多子扩散以减小暗电流，但由于超薄的特性，该绝缘层不能阻挡电荷在偏压下隧穿。另一方面，该超薄绝缘层能够钝化异质结界面态、表面态，降低载流子复合。总之，绝缘层的存在可以增加PN结势垒并在不同偏压情况下减小暗电流，从而达到提高开关比、响应度和比探测率的目的。

本发明与现有技术相比，主要优点包括：

(1)相对已有技术的二硒化铂/锗异质结结构，本发明在二硒化铂和锗之间有一薄层的绝缘层。

(2)本发明的二硒化铂/超薄绝缘层/锗/背面绝缘层异质结结构的制备方法简单，能够在低温下(400℃)，使用较为简单的设备、在较短的时间内获得高质量的二硒化铂/超薄绝缘层/锗/背面绝缘层异质结异质结构，其制备工艺与硅基CMOS工艺兼用，提高了制备效率和产量、制备成本低。

(3)本发明的二硒化铂/超薄绝缘层/锗/背面绝缘层异质结结构具有优异的稳定性。

(4)使用本发明的二硒化铂/超薄绝缘层/锗/背面绝缘层异质结制备的光电探测器具有可零偏压驱动、低暗电流、高响应率、高探测率、高开关比、高稳定性、宽光谱响应等优秀特性。比如在1550nm的光源下的响应率、比探测率、上升/下降时间可以达到4.24A/W、4.47×10

本发明仅是着重以二维的PtSe

附图说明

图1为本发明的基于二硒化铂和锗的异质结的光电探测器的结构示意图；

图2为本发明的基于二硒化铂和锗的异质结的光电探测器及其阵列的制备流程图；

图3为本发明制备得到的二硒化铂薄膜表征结果；图3中(a)为扫描电镜照片；图3中(b)为二硒化铂薄膜的拉曼表征图谱，表明获得PtSe

图4为实施例1制备得到的二硒化铂/超薄绝缘层/锗/背面绝缘层异质结的光电探测器在1550nm光源照射下的光电性能表征图(零偏压)；图4中(a)为器件在不同强度的1550nm光源照射下的I-V图；图4中(b)为器件在不同强度的1550nm光源照射下的I-T图；图4中(c)为器件在1550nm光源照射下的响应时间；图4中(d)为器件在1550nm光源照射下的光源强度与响应度以及比探测率的关系；

图5为实施例1制备得到的二硒化铂/超薄绝缘层/锗/背面绝缘层异质结的光电探测器在其他光源照射下的光电性能表征图(零偏压)；图5中(a)为器件在不同强度的375nm光源照射下的I-V图；图5中(b)为器件在不同强度的375nm光源照射下的I-T图；图5中(c)为器件在375nm光源照射下的光源强度与响应度以及比探测率的关系；图5中(d)为器件在不同强度的532nm光源照射下的I-V图；图5中(e)为器件在不同强度的532nm光源照射下的I-T图；图5中(f)为器件在532nm光源照射下的光源强度与响应度以及比探测率的关系；图5中(g)为器件在不同强度的940nm光源照射下的I-V图；图5中(h)为器件在不同强度的940nm光源照射下的I-T图；图5中(i)为器件在940nm光源照射下的光源强度与响应度以及比探测率的关系；

图6为实施例1的二硒化铂/超薄绝缘层/锗/背面绝缘层异质结的光电探测器与对比例1的二硒化铂/锗/绝缘层异质结的光电探测器的光电性能对比图(零偏压)；图6中(a)为两个器件在暗态下的I-V图；图6中(b)为两个器件在不同波长的光源照射下的I-T图；图6中(c)为两个器件在不同波长的光源照射下响应度的变化曲线；图6中(d)为两个器件在不同波长的光源照射下比探测率的变化曲线；

表1为实施例1，实施例2，实施例3，实施例4和对比例1器件的性能汇总以及其他报道中类似器件结构的光电探测器性能参数。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例、对比例仅以氧化铝作为绝缘层材料进行说明，仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。

本发明的二硒化铂/超薄绝缘层/锗/背面绝缘层异质结及基于该异质结的光电探测器的制备流程示意图如图2所示。

实施例1

请参照图1和图2所示，本发明的光电探测器的基本结构和制备步骤如下：

S1.准备干净锗衬底，使用金刚笔将锗片切割成15mm×15mm的正方形衬底，并将其依次放入丙酮、无水乙醇、去离子水中超声清洗，最后将其取出使用氮气吹干。

S2.在锗衬底上制备一层绝缘层：在裸露的锗衬底上通过磁控溅射制备一层200nm的二氧化硅作为绝缘层。

S3.使用常规的微纳加工工艺，即光刻，包括旋涂光刻胶、曝光、显影等在锗衬底定义4×4个工作区。

S4.腐蚀工作区的绝缘层：将设定有工作区(图案)的二氧化硅/锗衬底放在配置好的氢氟酸缓冲溶液当中腐蚀适当的时间，将工作区的二氧化硅层腐蚀掉裸露出锗，然后取出并放入去离子水中漂洗。

S5.去胶：将工作区的二氧化硅腐蚀完成的二氧化硅/锗衬底放入光刻胶腐蚀液中去胶，然后再把二氧化硅/锗衬底放入去离子水中漂洗，最后用氮气吹干，即对于整片二氧化硅/锗衬底，工作区仅存有锗，而在工作区外则是二氧化硅/锗。

工作区外依旧保留的绝缘层用于将工作区与非工作区隔离开。

S6.在工作区制备绝缘层：本实施例采用原子层沉积技术在工作区裸露的锗表面制备4nm氧化铝绝缘层，即氧化铝/锗。

S7.在锗衬底背面制备背面绝缘层。

本实施例采用原子层沉积技术在锗衬底背面制备10nm氧化铝绝缘层，即在工作区形成氧化铝/锗/氧化铝；制备在锗衬底背面的氧化硅绝缘层能够防止锗层被硒化为硒化锗。

S8.沉积铂薄膜：采用图案化工艺技术，在有薄层绝缘层的工作区沉积铂薄膜。本实施例通过控制磁控溅射系统的溅射功率和时间制备不同厚度铂薄膜，即在工作区形成铂/氧化铝/锗/氧化铝；

S9.硒化铂薄膜。通过热辅助转化工艺，将沉积的铂薄膜通过硒化工艺合成出高质量二硒化铂薄膜，从而形成二硒化铂/超薄绝缘层/锗/背面绝缘层异质结结构，即PtSe

本发明的绝缘层材料可以是二氧化硅、氧化铝、氧化石墨烯、氮化硼、绝缘高分子等材料中的一种或一种以上复合。在本实施例中，采用氧化铝作为绝缘层。不同的绝缘层的制备可以依据具体材料不同而采用不同的制备方法，包括溶液法、原子层沉积、转移等技术方法。

在本实施例中，可以采用常规技术如溅射、电子束沉积等技术沉积二氧化硅、铂薄膜。

在本实施例中，可以采用常规技术如溅射、电子束沉积、旋涂等技术制备电极而完成光电探测器的制备。

需要说明的是，在上述的制备步骤中，依据实际情况，制备步骤的先后顺序可以做适当调整，本发明并不对此进行限定。

对于实施例1，本发明表征了所制备的二硒化铂/超薄绝缘层/锗/背面绝缘层异质结的光电探测器的性能，表征结果如图4和图5所示。

图4为实施例1制备得到的二硒化铂/超薄绝缘层/锗/背面绝缘层异质结的光电探测器在1550nm光源照射下的光电性能表征图(零偏压)；图4中(a)为器件在不同强度的1550nm光源照射下的I-V图；图4中(b)为器件在不同强度的1550nm光源照射下的I-T图；图4中(c)为器件在1550nm光源照射下的响应时间；图4中(d)为器件在1550nm光源照射下的光源强度与响应度以及比探测率的关系；

其中，响应度是描述器件光电转换能力的物理量，响应度与器件材料、光波长有关。比探测率是表示探测器单位表面积(1cm

式中：

R—响应度(A/W)；

I

I

P—光照强度(W)；

D*—比探测率(cmHz

A—器件有效面积(cm

B—测量电路带宽(Hz)；

NEP—噪声等效功率(WHz

e—元电荷(1.602×10

图5为实施例1制备得到的二硒化铂/超薄绝缘层/锗/背面绝缘层异质结的光电探测器在其他光源照射下的光电性能表征图(零偏压)；图5中(a)为器件在不同强度的375nm光源照射下的I-V图；图5中(b)为器件在不同强度的375nm光源照射下的I-T图；图5中(c)为器件在375nm光源照射下的光源强度与响应度以及比探测率的关系；图5中(d)为器件在不同强度的532nm光源照射下的I-V图；图5中(e)为器件在不同强度的532nm光源照射下的I-T图；图5中(f)为器件在532nm光源照射下的光源强度与响应度以及比探测率的关系；图5中(g)为器件在不同强度的940nm光源照射下的I-V图；图5中(h)为器件在不同强度的940nm光源照射下的I-T图；图5中(i)为器件在940nm光源照射下的光源强度与响应度以及比探测率的关系；

实施例2

在本实施例中超薄绝缘层为厚度为6nm的氧化铝，即在本实施例中，其步骤S6.在工作区制备绝缘层为采用原子层沉积技术在工作区裸露的锗表面制备6nm氧化铝绝缘层，即氧化铝/锗。其余制备步骤如同实施例1，在此不再赘述。

实施例3

在本实施例中超薄绝缘层为厚度为1nm的氧化铝，即在本实施例中，其步骤S6.在工作区制备绝缘层为采用原子层沉积技术在工作区裸露的锗表面制备1nm氧化铝绝缘层，即氧化铝/锗。其余制备步骤如同实施例1，在此不再赘述。

实施例4

在本实施例中超薄绝缘层的厚度为2nm二氧化硅。其制备步骤如下：

S1.准备干净锗衬底，使用金刚笔将锗片切割成15mm×15mm的正方形衬底，并将其依次放入丙酮、无水乙醇、去离子水中超声清洗，最后将其取出使用氮气吹干。

S2.在锗衬底上制备一层绝缘层：在裸露的锗衬底上通过磁控溅射制备一层200nm的二氧化硅作为绝缘层。

S3.使用常规的微纳加工工艺，即光刻，包括旋涂光刻胶、曝光、显影等在锗衬底定义4×4个工作区。

S4.腐蚀工作区的绝缘层：将设定有工作区(图案)的二氧化硅/锗衬底放在配置好的氢氟酸缓冲溶液当中腐蚀适当的时间，将工作区的二氧化硅层腐蚀后剩下2nm厚度的二氧化硅层，然后取出并放入去离子水中漂洗。

S5.去胶：工作区的二氧化硅腐蚀后的二氧化硅/锗衬底放入光刻胶腐蚀液中去胶，然后再把二氧化硅/锗衬底放入去离子水中漂洗，最后用氮气吹干，即对于整片二氧化硅/锗衬底，工作区存有2nm二氧化硅/锗，而在工作区外则是二氧化硅/锗。

工作区外依旧保留的绝缘层用于将工作区与非工作区隔离开。

S6.在锗衬底背面制备背面绝缘层。

本实施例采用原子层沉积技术在锗衬底背面制备10nm氧化铝绝缘层，即在工作区形成2nm-氧化硅/锗/氧化铝；制备在锗衬底背面的氧化铝绝缘层能够防止锗层被硒化为硒化锗。

S7.沉积铂薄膜：采用图案化工艺技术，在有薄层绝缘层的工作区沉积铂薄膜。本实施例通过控制磁控溅射系统的溅射功率和时间制备不同厚度铂薄膜，即在工作区形成铂/氧化硅/锗/氧化铝；

S8.硒化铂薄膜。通过热辅助转化工艺，将沉积的铂薄膜通过硒化工艺合成出高质量二硒化铂薄膜，从而形成二硒化铂/超薄绝缘层/锗/背面绝缘层异质结结构，即PtSe

本发明的绝缘层材料可以是二氧化硅、氧化铝、氧化石墨烯、氮化硼、绝缘高分子等材料中的一种或一种以上复合。在本实施例中，采用二氧化硅作为绝缘层。不同的绝缘层的制备可以依据具体材料不同而采用不同的制备方法，包括溶液法、原子层沉积、转移等技术方法。

在本实施例中，可以采用常规技术如溅射、电子束沉积等技术沉积二氧化硅、铂薄膜。

在本实施例中，可以采用常规技术如溅射、电子束沉积、旋涂等技术制备电极而完成光电探测器的制备。

需要说明的是，在上述的制备步骤中，依据实际情况，制备步骤的先后顺序可以做适当调整，本发明并不对此进行限定。

对比例1

S1.准备干净锗衬底，使用金刚笔将锗片切割成15mm×15mm的正方形衬底，并将其依次放入丙酮、无水乙醇、去离子水中超声清洗，最后将其取出使用氮气吹干。

S2.在裸露的锗衬底上通过磁控溅射制备一层200nm的二氧化硅作为绝缘层；

S3.使用常规的微纳加工工艺，即光刻，包括旋涂光刻胶、曝光、显影等在锗衬底定义4×4个工作区；

S4.腐蚀工作区绝缘层：将设定有工作区(图案)的二氧化硅/锗衬底放在配置好的氢氟酸缓冲溶液当中腐蚀适当的时间，将工作区的二氧化硅层腐蚀掉裸露出锗，然后取出并放入去离子水中漂洗；

S5.去胶：将工作区的二氧化硅腐蚀完成的二氧化硅/锗衬底放入光刻胶腐蚀液中去胶，然后再把二氧化硅/锗衬底放入去离子水中漂洗，最后用氮气吹干，即对于整片二氧化硅/锗衬底，工作区仅存有锗，而在工作区外则是二氧化硅/锗；

S6.在锗衬底背面制备绝缘层。本实施例采用原子层沉积技术在锗衬底背面制备10nm绝缘层，即在工作区形成锗/氧化铝；

S7.转移硒化铂薄膜。通过热辅助转化工艺，将沉积的铂薄膜通过硒化工艺合成出高质量二硒化铂薄膜。之后，再通过二维材料转移工艺，将二硒化铂薄膜转移至锗/氧化铝衬底的工作区域，从而形成二硒化铂/锗/绝缘层异质结结构，即PtSe

在本对比例中，可以采用常规技术如溅射、电子束沉积等技术沉积二氧化硅、铂薄膜。

在本对比例中，可以采用常规技术如溅射、电子束沉积、旋涂等技术制备电极而完成光电探测器的制备。

本发明制备二硒化铂薄膜可以采用常规的制备方法，如化学气相沉积法(CVD)、热辅助转化法(TAC)、分子束外延法(MBE)和化学气相传输法(CVT)等。其中，通过热辅助转化法可以选择的前驱体为铂薄膜和硒粉，前驱体反应温度低于400℃、在惰性气氛下进行反应而形成PtSe

对于对比例1，本发明表征了所制备的二硒化铂薄膜/锗异质光电探测器的性能，表征结果如图6所示。

图6为实施例1的二硒化铂/超薄绝缘层/锗/背面绝缘层异质结的光电探测器与对比例1的二硒化铂/锗/绝缘层异质结光电探测器的光电性能对比图(零偏压)；图6中(a)为两个器件在暗态下的I-V图；图6中(b)为两个器件在不同波长的光源照射下的I-T图；图6中(c)为两个器件在不同波长的光源照射下响应度的变化曲线；图6中(d)为两个器件在不同波长的光源照射下比探测率的变化曲线；

比较实施例1和对比例1可知，在异质结中加入超薄绝缘层(本实施例仅以氧化铝作为绝缘层材料为例进行说明，但同样适合于其他绝缘层材料)(实施例1)可以极大减小暗电流和提高响应度与比探测率。在实施例1中，超薄绝缘层可以增加PN结势垒阻挡多子扩散以减小暗电流，从而达到提高开关比、响应度和比探测率的目的。

本发明比较了相关光电探测器的性能，如表1所归纳。表1为实施例1，实施例2，实施例3，实施例4和对比例1的器件性能归纳以及其他报道的类似器件结构的光电探测器性能参数。

表1

注：表1中的文献如下：

[1]Y.Lu,Y.Wang,C.Xu,C.Xie,W.Li,J.Ding,W.Zhou,Z.Qin,X.Shen,L.-B.Luo,Nanoscale 2021,13,7606.

[2]H.Xiao,T.Liang,J.Xu,M.Xu,Adv.Opt.Mater.2021,9,2100664.

[3]L.Liu,X.Cao,L.Peng,S.C.Bodepudi,S.Wu,W.Fang,J.Liu,Y.Xiao,X.Wang,Z.Di,presented at 2021IEEE International Electron Devices Meeting(IEDM),2021.

[4]V.Dhyani,M.Das,W.Uddin,P.K.Muduli,S.Das,Appl.Phys.Lett.2019,114,121101.

[5]C.H.Lee,Y.Park,S.Youn,M.J.Yeom,H.S.Kum,J.Chang,J.Heo,G.Yoo,Adv.Funct.Mater.2022,32,2107992.

通过实施例1的图4(a)可以得到，该器件具有明显的整流特性，在1550nm的光源照射下获得了0.11V的开路电压和1.3mA的短路电流；通过图4(b)可以得到，在同一波长光源照射下，入射光功率密度越大，器件的光电流也越大。这说明在更高功率密度的入射光照射下，在PtSe

通过实施例1的图5可以得到，在同一波长光源照射下，入射光功率密度越大，器件的光电流也越大。该PtSe

通过图6的实施例1与对比例1进行对比可以看出，具有超薄氧化铝钝化层的PtSe

通过表1对比现有技术可以得到，本发明基于PtSe

因测试条件限制，本发明仅采用375nm，532nm，940nm和1550nm的激光器测试了基于二硒化铂薄膜/绝缘层/锗异质结的光电探测器的光电响应，但不排除本发明的光电探测器在其他光谱范围的响应。

上述表征得到的优异参数表明：本发明的二硒化铂薄膜/绝缘层/锗异质光电探测器具备高的响应度、比探测率和开关比、快的响应速度、宽的响应范围以及极低的暗电流，能满足实际应用的需求。

本发明的实施例中二硒化铂的厚度在0.7–50.0nm范围，厚度不同的薄膜，其半导体特性(能带结构)不同，导致对不同波长的光的响应不一样。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的发明技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明新颖构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。