本實用新型涉及新材料黑砷磷在紅外探測方面的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

黑磷是繼石墨烯、過渡金屬硫族化合物之后發(fā)現(xiàn)的新一種二維層狀材料，是一種由具有各向異性的磷原子以SP²鍵形成的二維層狀材料。由于黑磷晶格結(jié)構(gòu)的各向異性，其電學(xué)性質(zhì)也具有較大的各向異性，和高空隙遷移率和不隨厚度變化的直接帶隙。由于其具有獨特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的物理性質(zhì)，黑磷以及摻雜后的黑磷二維層狀材料得到了科學(xué)界的廣泛關(guān)注?！禕lack Arsenic–Phosphorus: Layered Anisotropic Infrared Semiconductors with Highly Tunable Compositions and Properties（2015）》的研究表明，黑磷摻砷后的所形成的黑砷磷二維層狀材料具有通過調(diào)節(jié)組份從而實現(xiàn)帶隙可調(diào)的性能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的問題是黑砷磷二維層狀材料在紅外光電探測方面的應(yīng)用。

為解決上述問題，本實用新型采用的方案如下：

一種基于黑砷磷的用于紅外探測的器件，用于檢測紅外線，包括絕緣襯底、第一半導(dǎo)體、第二半導(dǎo)體；所述第一半導(dǎo)體和第二半導(dǎo)體安裝在所述絕緣襯底上；所述第一半導(dǎo)體和第二半導(dǎo)體相接觸而形成異質(zhì)結(jié)；所述第一半導(dǎo)體和第二半導(dǎo)體分別連接有電極；所述第一半導(dǎo)體為黑砷磷二維層狀材料。

進一步，所述第一半導(dǎo)體為厚度不超過50nm的黑砷磷二維層狀材料。

進一步，所述第一半導(dǎo)體的黑砷磷二維層狀材料中的砷含量為10%~90%。

進一步，所述第一半導(dǎo)體的黑砷磷二維層狀材料中的砷含量為83%。

進一步，所述第二半導(dǎo)體為厚度不超過50nm的硫化鉬二維層狀材料。

進一步，所述第二半導(dǎo)體為黑砷磷二維層狀材料；所述第一半導(dǎo)體和第二半導(dǎo)體的黑砷磷具有不同的砷含量。

進一步，所述第二半導(dǎo)體為過渡金屬硫族化合物的二維層狀材料。

進一步，所述第二半導(dǎo)體為石墨烯或黑磷的二維層狀材料。

進一步，所述絕緣襯底為二氧化硅或三氧化二鋁或PMMA或PDMS。

進一步，還包括用于絕緣隔離和空氣隔離的封裝結(jié)構(gòu)。

本實用新型的技術(shù)效果如下：相比于現(xiàn)有技術(shù)下的紅外探測器，本實用新型的探測器具有非常高的比探測率。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實用新型實施例在有紅外光照射和無紅外光照射情況下的電流電壓曲線。

圖3是本實用新型實施例的噪聲等效功率測試結(jié)果圖。

圖4是本實用新型實施例與硒化鉛納米晶片紅外探測的比探測率對比。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型做進一步詳細說明。

一種基于黑砷磷的用于紅外探測的器件，如圖1所示，包括絕緣襯底1、第一半導(dǎo)體21、第二半導(dǎo)體22、第一電極31、第二電極32以及封裝結(jié)構(gòu)。絕緣襯底1為300nm二氧化硅覆蓋的硅片。第一半導(dǎo)體21為黑砷磷二維層狀材料的薄片，由砷含量83%的黑砷磷解理而成，厚度一般為2~50nm。第一半導(dǎo)體21粘在絕緣襯底1上。第二半導(dǎo)體22為硫化鉬二維層狀材料的薄片，由硫化鉬(MoS₂)解理而成，厚度一般為2~20nm。第二半導(dǎo)體22覆在第一半導(dǎo)體21上，使得第一半導(dǎo)體21與第二半導(dǎo)體22相接觸，從而使得第一半導(dǎo)體21與第二半導(dǎo)體22之間形成異質(zhì)結(jié)。第一電極31和第二電極32由金（Au）制成的條狀體。第一電極31與第一半導(dǎo)體21相連。第二電極32與第二電極32相連。封裝結(jié)構(gòu)用于絕緣隔離和空氣隔離，包括用于將第一電極31與第二半導(dǎo)體22相隔離的第一隔離部41、用于將第二電極32與第一半導(dǎo)體21相隔離的第二隔離部42以及用于將第二半導(dǎo)體22與空氣相隔離的透明隔離層43。本實施例中，第一隔離部41、第二隔離部42以及透明隔離層43均由PMMA旋涂而成。

圖2是本實施例在有紅外光照射和無紅外光照射情況下的電流電壓曲線。其中，橫向坐標表示電壓，單位為伏特；縱向坐標表示電流，單位為安培；所照射的紅外光波長為4.03微米；虛曲線為無紅外光照射情況下的電流電壓曲線；實曲線為有紅外光照射情況下的電流電壓曲線。由圖2可以看出，有紅外光照射下電流明顯大于無紅外光照射情況，由此可以根據(jù)這種紅外光照射下和無紅外光照射下電流的差異可探測紅外光。

圖3是本實施例的噪聲等效功率測試結(jié)果圖。其中，曲線表示器件探測微弱信號的極限；橫向坐標表紅外光波長，單位為微米；縱向坐標表示信號強度，單位為pWHz^-1/2。由圖3可以看出，本實施例能夠探測0.1pWHz^-1/2的微弱信號。

圖4是本實施例與硒化鉛納米晶片紅外探測的比探測率對比。其中，橫向坐標表示紅外光波長，單位為微米；縱向坐標為比探測率，單位為Jones；實曲線為本實施例的比探測率，虛曲線為硒化鉛的比探測率。由圖4可以看出，本實施例的比探測率超過5×10⁹ Jones，比硒化鉛（PbSe）的比探測率高一個數(shù)量級。

需要指出的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，基于上述實施例，可以做上述實施例做一些等同替換或變化，這些替換或變化在本實用新型的保護范圍內(nèi)。

第一種替換變化是改變絕緣襯底。本實施例中，絕緣襯底1是300nm二氧化硅覆蓋的硅片，其實質(zhì)是二氧化硅。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，絕緣襯底1還可以是三氧化二鋁晶體或其他絕緣材料，甚至也可以是軟性材料，比如PMMA，PDMS透明薄膜。

第二種替換變化是改變第二半導(dǎo)體的材質(zhì)。本實施例中，第二半導(dǎo)體選用了硫化鉬二維層狀材料。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，第二半導(dǎo)體可以選用其他的二維層狀材料，比如WS₂、WSe₂、MoSe₂等過渡金屬硫族化合物，也可以選用石墨烯、黑磷等二維層狀材料，甚至可以選用與第一半導(dǎo)體的黑砷磷具有不同砷含量的黑砷磷。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，上述的過渡金屬硫族化合物包括過渡金屬硫化物、過渡金屬硒化物以及過渡金屬銻化物。

第三種替換變化是第一半導(dǎo)體和第二半導(dǎo)體相互交換。本實施例中，第一半導(dǎo)體為黑砷磷二維層狀材料，第二半導(dǎo)體選用了硫化鉬二維層狀材料。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，上述結(jié)構(gòu)可以改成：第二半導(dǎo)體為黑砷磷二維層狀材料，第一半導(dǎo)體選用硫化鉬二維層狀材料。

第四種替換變化是改變第一半導(dǎo)體和第二半導(dǎo)體的薄片厚度。在不影響電氣性能、透光性的情況下，可適當增加第一半導(dǎo)體和第二半導(dǎo)體厚度，總而增加整體的物理強度。

第五種替換變化是改變黑砷磷二維層狀材料中砷含量，本實施例中，作為第一半導(dǎo)體的黑砷磷二維層狀材料砷含量為83%，本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，根據(jù)實際應(yīng)用可適當改變第一半導(dǎo)體的黑砷磷二維層狀材料中的砷含量，第一半導(dǎo)體的黑砷磷二維層狀材料中的砷含量一般可在10%~90%之間選擇。

此外，本實施例中，作為第一半導(dǎo)體的黑砷磷二維層狀材料的薄片和作為第二半導(dǎo)體的硫化鉬二維層狀材料的薄片均通過解理工藝制成，本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，作為第一半導(dǎo)體的黑砷磷二維層狀材料的薄片和作為第二半導(dǎo)體的硫化鉬二維層狀材料的薄片也可以通過其他薄膜生長工藝制成，比如，采用化學(xué)氣相沉積法（CVD）或化學(xué)氣相傳輸法（CVT）等其他薄膜生長工藝制備而成。