一种基于黑砷磷的用于红外探测的器件的制作方法

本实用新型涉及新材料黑砷磷在红外探测方面的应用。

背景技术：

黑磷是继石墨烯、过渡金属硫族化合物之后发现的新一种二维层状材料，是一种由具有各向异性的磷原子以SP²键形成的二维层状材料。由于黑磷晶格结构的各向异性，其电学性质也具有较大的各向异性，和高空隙迁移率和不随厚度变化的直接带隙。由于其具有独特的结构和优异的物理性质，黑磷以及掺杂后的黑磷二维层状材料得到了科学界的广泛关注。《Black Arsenic–Phosphorus: Layered Anisotropic Infrared Semiconductors with Highly Tunable Compositions and Properties（2015）》的研究表明，黑磷掺砷后的所形成的黑砷磷二维层状材料具有通过调节组份从而实现带隙可调的性能。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的问题是黑砷磷二维层状材料在红外光电探测方面的应用。

为解决上述问题，本实用新型采用的方案如下：

一种基于黑砷磷的用于红外探测的器件，用于检测红外线，包括绝缘衬底、第一半导体、第二半导体；所述第一半导体和第二半导体安装在所述绝缘衬底上；所述第一半导体和第二半导体相接触而形成异质结；所述第一半导体和第二半导体分别连接有电极；所述第一半导体为黑砷磷二维层状材料。

进一步，所述第一半导体为厚度不超过50nm的黑砷磷二维层状材料。

进一步，所述第一半导体的黑砷磷二维层状材料中的砷含量为10%~90%。

进一步，所述第一半导体的黑砷磷二维层状材料中的砷含量为83%。

进一步，所述第二半导体为厚度不超过50nm的硫化钼二维层状材料。

进一步，所述第二半导体为黑砷磷二维层状材料；所述第一半导体和第二半导体的黑砷磷具有不同的砷含量。

进一步，所述第二半导体为过渡金属硫族化合物的二维层状材料。

进一步，所述第二半导体为石墨烯或黑磷的二维层状材料。

进一步，所述绝缘衬底为二氧化硅或三氧化二铝或PMMA或PDMS。

进一步，还包括用于绝缘隔离和空气隔离的封装结构。

本实用新型的技术效果如下：相比于现有技术下的红外探测器，本实用新型的探测器具有非常高的比探测率。

附图说明

图1是本实用新型实施例的结构示意图。

图2是本实用新型实施例在有红外光照射和无红外光照射情况下的电流电压曲线。

图3是本实用新型实施例的噪声等效功率测试结果图。

图4是本实用新型实施例与硒化铅纳米晶片红外探测的比探测率对比。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

一种基于黑砷磷的用于红外探测的器件，如图1所示，包括绝缘衬底1、第一半导体21、第二半导体22、第一电极31、第二电极32以及封装结构。绝缘衬底1为300nm二氧化硅覆盖的硅片。第一半导体21为黑砷磷二维层状材料的薄片，由砷含量83%的黑砷磷解理而成，厚度一般为2~50nm。第一半导体21粘在绝缘衬底1上。第二半导体22为硫化钼二维层状材料的薄片，由硫化钼(MoS₂)解理而成，厚度一般为2~20nm。第二半导体22覆在第一半导体21上，使得第一半导体21与第二半导体22相接触，从而使得第一半导体21与第二半导体22之间形成异质结。第一电极31和第二电极32由金（Au）制成的条状体。第一电极31与第一半导体21相连。第二电极32与第二电极32相连。封装结构用于绝缘隔离和空气隔离，包括用于将第一电极31与第二半导体22相隔离的第一隔离部41、用于将第二电极32与第一半导体21相隔离的第二隔离部42以及用于将第二半导体22与空气相隔离的透明隔离层43。本实施例中，第一隔离部41、第二隔离部42以及透明隔离层43均由PMMA旋涂而成。

图2是本实施例在有红外光照射和无红外光照射情况下的电流电压曲线。其中，横向坐标表示电压，单位为伏特；纵向坐标表示电流，单位为安培；所照射的红外光波长为4.03微米；虚曲线为无红外光照射情况下的电流电压曲线；实曲线为有红外光照射情况下的电流电压曲线。由图2可以看出，有红外光照射下电流明显大于无红外光照射情况，由此可以根据这种红外光照射下和无红外光照射下电流的差异可探测红外光。

图3是本实施例的噪声等效功率测试结果图。其中，曲线表示器件探测微弱信号的极限；横向坐标表红外光波长，单位为微米；纵向坐标表示信号强度，单位为pWHz^-1/2。由图3可以看出，本实施例能够探测0.1pWHz^-1/2的微弱信号。

图4是本实施例与硒化铅纳米晶片红外探测的比探测率对比。其中，横向坐标表示红外光波长，单位为微米；纵向坐标为比探测率，单位为Jones；实曲线为本实施例的比探测率，虚曲线为硒化铅的比探测率。由图4可以看出，本实施例的比探测率超过5×10⁹ Jones，比硒化铅（PbSe）的比探测率高一个数量级。

需要指出的是，本领域技术人员理解，基于上述实施例，可以做上述实施例做一些等同替换或变化，这些替换或变化在本实用新型的保护范围内。

第一种替换变化是改变绝缘衬底。本实施例中，绝缘衬底1是300nm二氧化硅覆盖的硅片，其实质是二氧化硅。本领域技术人员可以理解，绝缘衬底1还可以是三氧化二铝晶体或其他绝缘材料，甚至也可以是软性材料，比如PMMA，PDMS透明薄膜。

第二种替换变化是改变第二半导体的材质。本实施例中，第二半导体选用了硫化钼二维层状材料。本领域技术人员可以理解，第二半导体可以选用其他的二维层状材料，比如WS₂、WSe₂、MoSe₂等过渡金属硫族化合物，也可以选用石墨烯、黑磷等二维层状材料，甚至可以选用与第一半导体的黑砷磷具有不同砷含量的黑砷磷。本领域技术人员理解，上述的过渡金属硫族化合物包括过渡金属硫化物、过渡金属硒化物以及过渡金属锑化物。

第三种替换变化是第一半导体和第二半导体相互交换。本实施例中，第一半导体为黑砷磷二维层状材料，第二半导体选用了硫化钼二维层状材料。本领域技术人员可以理解，上述结构可以改成：第二半导体为黑砷磷二维层状材料，第一半导体选用硫化钼二维层状材料。

第四种替换变化是改变第一半导体和第二半导体的薄片厚度。在不影响电气性能、透光性的情况下，可适当增加第一半导体和第二半导体厚度，总而增加整体的物理强度。

第五种替换变化是改变黑砷磷二维层状材料中砷含量，本实施例中，作为第一半导体的黑砷磷二维层状材料砷含量为83%，本领域技术人员理解，根据实际应用可适当改变第一半导体的黑砷磷二维层状材料中的砷含量，第一半导体的黑砷磷二维层状材料中的砷含量一般可在10%~90%之间选择。

此外，本实施例中，作为第一半导体的黑砷磷二维层状材料的薄片和作为第二半导体的硫化钼二维层状材料的薄片均通过解理工艺制成，本领域技术人员理解，作为第一半导体的黑砷磷二维层状材料的薄片和作为第二半导体的硫化钼二维层状材料的薄片也可以通过其他薄膜生长工艺制成，比如，采用化学气相沉积法（CVD）或化学气相传输法（CVT）等其他薄膜生长工艺制备而成。