一种三明治结构的二维光电探测器阵列的设计和构建工艺

1.技术领域

本发明属于微电子工艺和光电探测器件应用领域，具体涉及一种三明治结构的二维光电探测器阵列的设计和构建工艺。

2.背景技术

在现代科技高速发展的背景下，人们对信息交换的要求越来越高，要求处理信息能实现高效便捷且省时省力。光电探测器无时无刻地影响着人们的生活，它也是光电子系统的重要组成部分。光电探测器的核心机理是将光辐射能转换为电子器件能处理的电信号，其应用广泛，无论是军事还是民用领域，都有极其重要的地位。近年，光电信息技术高速发展，人们对光电探测器也提出了更高的要求，希望器件能够实现高度集成化、小型化、高性能和高稳定性。传统光电探测器基于硅和锗等材料，此类材料的制备工艺已相当成熟，然而传统光电探测器受限于硅是一种间接带隙半导体，其量子效率低且吸收光谱窄，目前，其性能已接近理论极限。因此，采用新型的二维半导体材料制备光电探测器对解决当前光电领域的困境具有十分重要的意义。

二硫化钼(MoS

所以，研究一种与现有微电子工艺兼容，能够在器件尺寸、位置和数量上的实现可控的，非对称三明治结构的MoS

3.发明内容

本发明的目的在于：提供一种非对称三明治结构的MoS

光电探测器至少包括硅/二氧化硅衬底(Si/SiO

本发明的目的在于通过以Au为底层电极材料，化学气相沉积法(CVD)制备的大面积MoS

本发明采用的技术方案如下：

一种非对称三明治结构的MoS

(1)清洗硅片：将SiO

(2)制备图案化的金属电极：将处理好的硅片旋涂光刻胶，采用紫外曝光机光刻、显影，用电子束蒸镀钛金电极并剥离，即可获得图案化的Au电极；其中钛(Ti)作为衬底SiO

(3)转移大面积MoS

(4)制备图案化的MoS

(5)转移大面积Graphene：在铜箔上制备大面积Graphene，然后在上面旋涂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶液，涂胶转速为1000rpm，旋涂10s，3000rpm，旋涂30s，放在恒温加热板上，100℃加热1min烘烤后取下；冷却后，将铜箔带有Graphene面朝上，放入FeCl

(6)制备图案化的Graphene电极：在步骤(5)中制备好的衬底上旋涂光刻胶、紫外曝光光刻、显影、反应离子刻蚀(O

其中，优选的，所述步骤(1)中衬底的氧化层厚度为285nm，衬底厚度为500μm的P型掺杂硅，电阻率0.001-0.005Ω·cm。

其中，优选的，所述步骤(2)中前曝光时间为2-3s，泛曝光时间为50-60s.显影时间为30-35s.

其中，优选的，所述步骤(2)中所述的Ti/Au电极，采用电子束沉积Ti为5-15nm，Au为20-40nm，沉积速率为

其中，优选的，所述步骤(3)中的沟道材料MoS

其中，优选的，所述步骤(4)中沟道材料MoS

其中，优选的，所述步骤(4)中沟道材料MoS

其中，优选的，所述步骤(5)中的石墨烯为单层，面积为1cm×1cm。

其中，优选的，所述步骤(6)中曝光时间为2-3s，显影时间为13-17s。

其中，优选的，所述步骤(6)中Graphene顶层电极在沟道材料MoS

其中，优选的，所述步骤(6)中金属(Graphene)顶层电极远离三明治结构的一端需与步骤(2)中制备的金电极相连接，以便于测试，如图5所示。

其中，优选的，所述步骤(6)中底层Au电极、沟道材料MoS

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.本发明中，采用的MoS

2.本发明中，对于单个MoS

3.本发明中，对于单个MoS

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1制备图案化的金属电极示意图；

图2转移大面积MoS

图3制备图案化的MoS

图4转移大面积Graphene示意图；

图5制备图案化的Graphene电极示意图；

图6器件结构示意图

图7器件结构剖面示意图

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用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

(1)清洗硅片：将SiO

(2)制备图案化的金属电极：将处理好的硅片旋涂光刻胶，光刻机旋涂涂胶的转速分低速1000rpm和高速3000rpm，低转速10s，高转速30s；将涂胶后的样品放置到100℃的加热台加热1min，选择电极掩模版，采用紫外曝光的方法使光刻胶变性，曝光时间分别为前曝光3s泛曝光60s，显影时间为30s；显影完成后用去离子水清洗干净，氮气吹干；采用电子束蒸镀沉积Ti/Au各10nm、20nm，沉积速度保持在

(3)转移大面积MoS

(4)制备图案化的MoS

(5)转移大面积Graphene：在铜箔上制备1cm×1cm的单层Graphene，然后在上面旋涂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶液，涂胶转速为1000rpm，旋涂10s，3000rpm，旋涂30s，放在恒温加热板上，100℃加热1min烘烤后取下；冷却后，将铜箔带有Graphene面朝上，放入FeCl

(6)制备图案化的Graphene电极：在步骤(5)中制备好的衬底上旋涂光刻胶，光刻机旋涂涂胶的转速分低速1000rpm和高速3000rpm，低转速10s，高转速30s；曝光3s，显影14s，得到图案化的Graphene电极；Graphene电极的一端置于MoS