本申請涉及半導體，尤其涉及一種光電探測器及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、有機光敏場效應晶體管(photoresponsive?organic?field?effect?transistor，phofet)因具有制備工藝簡單、成本低、質(zhì)量輕且制備的產(chǎn)品具有柔韌性等特點，引起人們廣泛關(guān)注。phofet是有機光電探測器的一種，與同樣是有機光電探測器家族成員的有機光電二極管(organic?photodiode，opd)相比，phofet集成了光信號的探測和放大功能，具有更高的靈敏度和更低的噪聲。由于phofet具有較小的有效感光面積(溝道區(qū)域)，這使得該類型的器件通常能夠獲得比opd高數(shù)百至上千倍的光電流增益及光響應度，因而在微弱光源探測方面更加具有優(yōu)勢。

2、一般來說，在phofet中，載流子的輸運只發(fā)生在有機光電探測層內(nèi)，是一個二維傳輸?shù)倪^程，且有機光電探測層的晶體狀況直接決定著所制備器件的性能。而有機光電探測層通常是非晶或者多晶態(tài)的，這勢必會帶來各種陷阱及散射，載流子遷移率會大大降低，導致phofet的光生載流子的傳輸和收集效率都降低，進而降低了局部光響應度。并且，對于有機光電探測層的來說，在近紅外及紅外波段有光吸收的材料很少，這也嚴重限制了phofet在軍事雷達、醫(yī)療方面的應用。同時，phofet的源漏是對稱設(shè)置的，第一電極和第二電極之間的能級相同，電子不容易在兩者之間流動，器件的開啟電壓和電流開關(guān)比較高，暗電流較大。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本申請的目的在于提供一種光電探測器及其制備方法，以提升現(xiàn)有的光電探測器的光譜響應范圍以及局部光響應度并降低器件的開啟電壓和電流開關(guān)比。

2、為了達到上述目的，本申請?zhí)峁┝艘环N光電探測器，包括：

3、半導體基底；

4、光電探測層，位于所述半導體基底上，包括堆疊的二維半導體光電探測層及有機光電探測層；以及，

5、第一電極和第二電極，間隔設(shè)置于所述光電探測層內(nèi)或所述光電探測層上，所述第一電極和所述第二電極的材料不同。

6、可選的，所述第一電極和所述第二電極的材料包括金、銀、鋁、銅、鉑及鉻中的至少一種。

7、可選的，所述二維半導體光電探測層位于所述半導體基底上，所述有機光電探測層位于所述二維半導體光電探測層上；或者，所述有機光電探測層位于所述半導體基底上，所述二維半導體光電探測層位于所述有機光電探測層上。

8、可選的，所述第一電極和所述第二電極位于所述二維半導體光電探測層與所述有機光電探測層之間。

9、可選的，所述半導體基底與所述光電探測層之間還具有由下至上依次設(shè)置的底柵電極層及底柵介質(zhì)層；和/或，所述光電探測層上還具有由下至上依次設(shè)置的頂柵介質(zhì)層及頂柵電極層。

10、可選的，所述半導體基底為絕緣體上半導體基底中的底部半導體層和埋氧層，所述底柵電極層為所述絕緣體上半導體基底中的頂部半導體層。

11、可選的，所述底柵介質(zhì)層為所述頂部半導體層上自然生成的氧化層。

12、可選的，所述二維半導體光電探測層的材料包括過渡金屬硫族化合物、黑磷、硅烯、鍺烯或石墨烯；和/或，所述有機光電探測層的材料包括酞菁金屬化合物、萘酞菁金屬化合物或并五苯。

13、本發(fā)明還提供了一種光電探測器的制備方法，包括：

14、提供半導體基底；

15、在所述半導體基底上形成光電探測層，所述光電探測層包括堆疊的二維半導體光電探測層及有機光電探測層；以及，

16、在所述光電探測層內(nèi)或所述光電探測層上形成間隔設(shè)置的第一電極和第二電極，所述第一電極和所述第二電極的材料不同。

17、可選的，形成所述光電探測層之前，還在所述半導體基底上形成由下至上依次設(shè)置的底柵電極層及底柵介質(zhì)層；和/或，形成所述光電探測層、所述第一電極和所述第二電極之后，在所述光電探測層上形成由下至上依次設(shè)置的頂柵介質(zhì)層及頂柵電極層。

18、可選的，所述半導體基底為絕緣體上半導體基底中的底部半導體層和埋氧層，所述絕緣體上半導體基底中的頂部半導體層作為所述底柵電極層，所述頂部半導體層上自然生成的氧化層作為所述底柵介質(zhì)層。

19、可選的，形成所述光電探測層、所述第一電極和所述第二電極的步驟包括：

20、在云母襯底上形成依次堆疊的所述二維半導體光電探測層和支撐層；

21、去除所述云母襯底，利用所述支撐層將所述二維半導體光電探測層轉(zhuǎn)移至所述半導體基底上，并去除所述支撐層；

22、在所述二維半導體光電探測層上分步形成所述第一電極和所述第二電極；以及，

23、在所述第一電極、所述第二電極及露出的所述二維半導體光電探測層上形成所述有機光電探測層。

24、可選的，形成所述光電探測層、所述第一電極和所述第二電極的步驟包括：

25、在所述半導體基底上形成所述有機光電探測層；

26、在所述有機光電探測層上分步形成所述第一電極和所述第二電極；

27、在云母襯底上形成依次堆疊的所述二維半導體光電探測層和支撐層；以及，

28、去除所述云母襯底，利用所述支撐層將所述二維半導體光電探測層轉(zhuǎn)移至所述第一電極、所述第二電極及露出的所述有機光電探測層上，并去除所述支撐層。

29、在本申請?zhí)峁┝艘环N光電探測器及其制備方法，所述光電探測器包括半導體基底、光電探測層、第一電極和第二電極，所述光電探測層位于所述半導體基底上，包括堆疊的二維半導體光電探測層及有機光電探測層，所述第一電極和所述第二電極間隔設(shè)置于所述光電探測層內(nèi)或所述光電探測層上。本申請中，所述光電探測層的光譜響應范圍是所述二維半導體光電探測層與所述有機光電探測層的光譜響應范圍的疊加，由于兩者的光譜響應范圍通常不會完全重疊，因此所述光電探測層可以具有更寬的光譜響應范圍以及更好的局部光響應度；并且，所述二維半導體光電探測層的光譜響應范圍通常能夠覆蓋近紅外及紅外波段，可以實現(xiàn)所述光電探測器在軍事雷達、醫(yī)療方面的應用。此外，所述第一電極和所述第二電極的材料不同，構(gòu)成非對稱的源漏電極，降低了勢壘高度，從而降低暗電流提升光電流，進而提高了器件電流開關(guān)比、響應度及場效應遷移率，降低了器件開啟電壓。

技術(shù)特征：

1.一種光電探測器，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的光電探測器，其特征在于，所述第一電極和所述第二電極的材料包括金、銀、鋁、銅、鉑及鉻中的至少一種。

3.如權(quán)利要求1所述的光電探測器，其特征在于，所述二維半導體光電探測層位于所述半導體基底上，所述有機光電探測層位于所述二維半導體光電探測層上；或者，所述有機光電探測層位于所述半導體基底上，所述二維半導體光電探測層位于所述有機光電探測層上。

4.如權(quán)利要求3所述的光電探測器，其特征在于，所述第一電極和所述第二電極位于所述二維半導體光電探測層與所述有機光電探測層之間。

5.如權(quán)利要求1所述的光電探測器，其特征在于，所述半導體基底與所述光電探測層之間還具有由下至上依次設(shè)置的底柵電極層及底柵介質(zhì)層；和/或，所述光電探測層上還具有由下至上依次設(shè)置的頂柵介質(zhì)層及頂柵電極層。

6.如權(quán)利要求5所述的光電探測器，其特征在于，所述半導體基底為絕緣體上半導體基底中的底部半導體層和埋氧層，所述底柵電極層為所述絕緣體上半導體基底中的頂部半導體層。

7.如權(quán)利要求6所述的光電探測器，其特征在于，所述底柵介質(zhì)層為所述頂部半導體層上自然生成的氧化層。

8.如權(quán)利要求1所述的光電探測器，其特征在于，所述二維半導體光電探測層的材料包括過渡金屬硫族化合物、黑磷、硅烯、鍺烯或石墨烯；和/或，所述有機光電探測層的材料包括酞菁金屬化合物、萘酞菁金屬化合物或并五苯。

9.一種光電探測器的制備方法，其特征在于，包括：

10.如權(quán)利要求9所述的光電探測器的制備方法，其特征在于，形成所述光電探測層之前，還在所述半導體基底上形成由下至上依次設(shè)置的底柵電極層及底柵介質(zhì)層；和/或，形成所述光電探測層、所述第一電極和所述第二電極之后，在所述光電探測層上形成由下至上依次設(shè)置的頂柵介質(zhì)層及頂柵電極層。

11.如權(quán)利要求10所述的光電探測器的制備方法，其特征在于，所述半導體基底為絕緣體上半導體基底中的底部半導體層和埋氧層，所述絕緣體上半導體基底中的頂部半導體層作為所述底柵電極層，所述頂部半導體層上自然生成的氧化層作為所述底柵介質(zhì)層。

12.如權(quán)利要求9～11中任一項所述的光電探測器的制備方法，其特征在于，形成所述光電探測層、所述第一電極和所述第二電極的步驟包括：

13.如權(quán)利要求9～11中任一項所述的光電探測器的制備方法，其特征在于，形成所述光電探測層、所述第一電極和所述第二電極的步驟包括：

技術(shù)總結(jié)
本申請?zhí)峁┝艘环N光電探測器及其制備方法，所述光電探測器包括半導體基底、光電探測層、第一電極和第二電極，所述光電探測層位于所述半導體基底上，包括堆疊的二維半導體光電探測層及有機光電探測層，所述第一電極和所述第二電極間隔設(shè)置于所述光電探測層內(nèi)或所述光電探測層上，所述第一電極和所述第二電極的材料不同，構(gòu)成非對稱的源漏電極，降低了勢壘高度，從而降低暗電流提升光電流，進而提高了器件電流開關(guān)比、響應度及場效應遷移率，降低了器件開啟電壓。

技術(shù)研發(fā)人員：宋欣雨
受保護的技術(shù)使用者：芯聯(lián)先鋒集成電路制造（紹興）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/24