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专利号: 2021100624946
申请人: 西安工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 基本电气元件
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于PtSe2与硅纳米柱阵列的光电探测器,其特征在于,该光电探测器从上到下分别为聚甲基丙烯酸甲酯PMMA透光保护层、石墨烯透明上电极、表面包覆有少层PtSe2的硅纳米柱阵列结构体,并且在硅纳米柱阵列结构体的背面以及石墨烯透明上电极背面被包覆有少层PtSe2的硅纳米柱阵列结构体覆盖区域的四周上分别设置金属电极;所述聚甲基丙烯酸甲酯PMMA透光保护层旋涂于石墨烯透明上电极的正面,石墨烯透明上电极背面和少层PtSe2直接接触,用于收集光生载流子;硅纳米柱阵列结构体分为两部分,上半部分是周期性密集排列的硅纳米柱形阵列结构,下半部分是未被刻蚀的硅基底,硅纳米柱形阵列结构与硅基底垂直;

硅纳米柱阵列结构体的表面通过激光干涉增强诱导气相沉积的方法被少层PtSe2完全包覆,即硅纳米柱的顶部端面以及侧壁都包覆了厚度均匀的少层PtSe2。

2.根据权利要求1所述的光电探测器,其特征在于,石墨烯透明上电极与少层PtSe2通过范德华力结合,形成欧姆接触;PtSe2为P型半导体,和N型硅接触后,由于电子和空穴的浓度差,载流子发生扩散运动,界面处形成空间电荷耗尽区,出现了内建电场;载流子的扩散运动方向和内建电场产生的漂移运动方向相反,最终两种载流子的浓度会达到一个热平衡;

光生载流子会被内建电场分离,分别被石墨烯透明上电极及其背面的金属电极和硅纳米柱阵列结构体及其背面的金属电极导至外部电路产生电信号。

3.根据权利要求1所述的光电探测器,其特征在于,所述光电探测器采用正向入射方式,即入射光的入射方向从聚甲基丙烯酸甲酯PMMA透光保护层经过石墨烯透明上电极再到包覆有少层PtSe2的硅纳米柱阵列结构体。

4.一种光电探测器的制备方法,其特征在于,用于制备权利要求1所述的光电探测器,包括如下步骤:

步骤1:制备石墨烯,作为石墨烯透明上电极;

步骤2:制备硅纳米柱阵列结构体;

步骤3:在硅纳米柱阵列结构体表面包覆少层PtSe2;

步骤4:将PMMA旋涂于石墨烯透明上电极正面形成聚甲基丙烯酸甲酯PMMA透光保护层,一同转移至包覆少层PtSe2的硅纳米柱阵列结构体上;

步骤5:石墨烯透明上电极背面以及硅纳米柱阵列结构体背面制备金属电极。

5.跟据权利要求4所述光电探测器的制备方法,其特征在于,步骤1)采用化学气相沉积法生长在铜箔表面制备石墨烯,以乙醇、甲烷为原料,制得的石墨烯层数为1‑3层;步骤2)采用光刻和干法刻蚀加工制得具有周期性排列的单晶硅柱阵列结构体。

6.根据权利要求4所述光电探测器的制备方法,其特征在于,步骤3)加热含Pt的化合物和Se使其蒸发,利用混合预设比例氢气的惰性气体输运气态的含Pt的化合物和Se至反应室内的硅纳米柱阵列结构体表面,采用激光干涉增强诱导化学气相沉积,使含Pt的化合物和Se以及氢气在激光照射的诱导下发生化学反应,生成的PtSe2在硅纳米柱阵列结构体表面沉积形成少层PtSe2薄膜。

7.根据权利要求6所述光电探测器的制备方法,其特征在于,沉积少层PtSe2的过程中,激光束经正四边形分布的光阑分成多束相干光,在硅纳米柱阵列结构体所在区域形成一个同样是正四边形分布的干涉光场,并且通过调节光阑的直径、光阑小孔间距以及光阑和硅纳米柱阵列结构体的距离改变光程差,使得硅纳米柱阵列结构体上的相干图样满足干涉增强点位于硅纳米柱的位置,干涉相消点位于硅纳米柱之间的空隙。

8.根据权利要求4所述光电探测器的制备方法,其特征在于,步骤4)采用湿法转移技术将石墨烯透明上电极转移到包覆有少层PtSe2的硅纳米柱阵列结构体上,但并不去除PMMA。

9.根据权利要求4所述光电探测器的制备方法,其特征在于,步骤5)将完成装配的光电探测器,通过一步磁控溅射的方法得到石墨烯透明上电极背面以及硅纳米柱阵列结构体背面的金属电极;包覆少层PtSe2的硅纳米柱阵列结构体将覆盖石墨烯透明上电极中间的大部分面积,充当掩模板的作用,在溅射金属电极时,电极会沉积在硅纳米柱阵列结构体的背面和石墨烯透明上电极被硅纳米柱阵列结构体覆盖区域的四周,因此只通过一步溅射就能够同时得到两个金属电极。