科创中国
一种薄膜制备方法及光电探测器
成果类型：: 发明专利
发布时间: 2023-11-09 14:57:36
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：天津市滨海新区| 宋学姮 | 2023-11-27 10:22:42
本申请属于光电探测技术领域，特别是涉及一种薄膜制备方法及光电探测器。现有的光电探测器上的薄膜光利用效率低，限制了光电探测器的性能。本申请提供了一种薄膜制备方法，在温度小于250℃的条件下，通过加热锡材料源和硒材料源，使得锡和硒蒸发后在衬底上纵向生长形成半导体纳米片阵列薄膜。SnSe2二维薄膜材料直立式V型结构，其陷光效应十分显著，光利用效率极大地增强，对340nm至650nm波长的光的吸收超过90％，可有效提高探测器的光响应度及外量子效率。
权利要求
1.一种薄膜制备方法，其特征在于：在温度小于250℃的条件下，通过加热锡材料源和硒材料源，使得锡和硒蒸发后在衬底上纵向生长形成半导体纳米片阵列薄膜。
2.如权利要求1所述的薄膜制备方法，其特征在于：采用分子束外延工艺在所述衬底上生长形成SnSex纳米片阵列薄膜；所述分子束外延工艺包括向分子束外延设备中分别加入高纯度硒材料源和高纯度锡材料源，通过所述分子束外延设备分别加热所述硒材料源和所述锡材料源，并将所述硒材料源以分子束或原子束的形式喷射至所述衬底上，同时将所述锡材料源以分子束或原子束的形式喷射至所述衬底上，形成SnSex纳米片阵列薄膜。
3.如权利要求2所述的薄膜制备方法，其特征在于：对所述衬底进行旋转，使得所述SnSex纳米片阵列薄膜均匀生长。
4.如权利要求1～3中任一项所述的薄膜制备方法，其特征在于：所述半导体纳米片阵列薄膜为SnSe2二维薄膜材料直立式V型结构。
5.一种光电探测器，其特征在于：将所述权利要求1～4中任一项所述的薄膜应用于光电探测器。
选择光电材料： 选择具有合适光电性能的材料，如硅、锗、硒化铟等。
设计光电极：
- 光电极结构： 确定光电极的结构，例如金属-半导体-金属（MSM）结构或是p-n结构。
- 光电极厚度： 光电极的厚度会影响光吸收和电荷分离效率。
添加响应层： 在光电极上添加响应层，例如光敏材料，以提高光电转换效率。
设计电极：
- 电极材料： 选择适当的电极材料，如金、铝等。
- 电极结构： 确定电极的布局，例如电流电极和电压电极的排布。
优化探测器性能：
- 提高灵敏度： 通过优化材料和结构，提高光电探测器的灵敏度。
- 降低噪声： 采取措施降低噪声，如采用低噪声电流放大器。
封装和集成： 将光电探测器封装并与相应的电路集成，以便实际应用。
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材料选择： 确定用于薄膜的材料。常见的薄膜材料包括金属、半导体、绝缘体等。
薄膜生长技术：
- 物理气相沉积（PVD）： 包括蒸发、溅射等方法，通过将材料从源中蒸发或溅射到基底上。
- 化学气相沉积（CVD）： 通过化学反应在基底表面上沉积材料。
- 溶液法： 将溶解的材料溶液涂覆在基底上，然后通过蒸发或化学反应形成薄膜。
薄膜制备参数控制：
- 温度： 控制生长温度以影响晶体结构和质量。
- 压力： 对于气相沉积，控制反应室的压力是关键的。
- 流量： 在CVD中，精确控制反应气体的流量是重要的。
薄膜处理：
- 退火： 通过热处理改善薄膜的结晶性和电学性能。
- 离子注入： 通过注入掺杂物改变薄膜的电学性能。
技术转让
将光电探测器封装并与相应的电路集成，以便实际应用。在光电极上添加响应层，例如光敏材料，以提高光电转换效率。
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