(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211203945.4 (22)申请日 2022.09.29 (71)申请人 中南大学 地址 410000 湖南省长 沙市岳麓山左家垅 (72)发明人 钟绵增　张芬　夏庆林　束传存　 何军　 (74)专利代理 机构 长沙知行亦创知识产权代理 事务所(普通 合伙) 43240 专利代理师 李杰 (51)Int.Cl. C30B 29/48(2006.01) C30B 29/62(2006.01) C30B 25/00(2006.01) C30B 7/10(2006.01) C30B 23/02(2006.01)C30B 25/02(2006.01) C30B 28/04(2006.01) C30B 28/12(2006.01) C30B 28/14(2006.01) H01L 31/032(2006.01) H01L 31/09(2006.01) H01L 31/0352(2006.01) B82Y 40/00(2011.01) (54)发明名称 铋碲硫半导体、 制备方法及光电器件 (57)摘要 本发明公开了一种铋碲硫半导体、 制备方法 及光电器件。 铋碲硫半导体为晶体， 铋碲硫半导 体的化学结构式为BixTeySz， 其中， 1≤x≤2， 0＜y ≤3， 0＜z≤3。 上述的铋碲硫半导体中， Bi2Te3半 导体具有正交晶系结构， 通过将S掺杂到Bi2Te3 中， 生长出BixTeySz半导体。 相比Bi2Te3半导体， BixTeySz半导体的能带结构得到优化和丰富， 因 此， 以其构建的光电器件暗电流较低， 探测范围 更广， 有助于实现光电器件的高性能。 权利要求书1页 说明书6页 附图3页 CN 115537930 A 2022.12.30 CN 115537930 A 1.一种铋碲硫半导体， 其特征在于， 所述铋碲硫半导体为晶体， 所述铋碲硫半导体的化 学结构式为BixTeySz， 其中， 1≤x≤2， 0＜y≤ 3， 0＜z≤3。 2.根据权利要求1所述的铋碲硫半导体， 其特征在于， 在BixTeySz中， x＝2， 0＜y≤3， 0＜ z≤3。 3.根据权利要求2所述的铋碲硫半导体， 其特征在于， 在BixTeySz中， x＝2； y＝0.6； z＝ 2.4。 4.一种铋 碲硫半导体的制备 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 提供铋粉、 碲粉和硫 粉； 采用化学气相输运或水热 ‑溶剂热合成直接生长铋碲硫半导体； 或采用化学气相沉积、 物理气相沉积、 金属有机源化学气相沉积直接在绝 缘衬底上生长铋 碲硫半导体。 5.根据权利要求4所述的铋碲硫半导体的制备方法， 其特征在于， 所述采用化学气相输 运直接生长所述铋 碲硫半导体的步骤 包括： 所述铋粉、 所述碲粉、 所述硫粉和输送介质混合密闭在石英管中， 所述石英管内为真空 氛围； 所述石英管放置于双温区管式炉中， 将第一温区设定为540～580℃， 第二温区的温度 设定为480～520℃， 保持1～7天； 然后以0.6～1.0℃/min的速率冷却至200～300℃， 再自然 冷却； 其中， 所述第一温区和所述第二温区的温差为5 0～100℃； 所述石英管的温度达 到室温时取 出样品， 得到铋 碲硫半导体。 6.根据权利要求5所述的铋碲硫半导体的制备方法， 其特征在于， 所述石英管放入所述 双温区管式炉中， 以10℃/min的升温速率， 将所述第一温区升温至560℃， 所述第二温区升 温至500℃， 保持4天； 然后， 以0.8℃/mi n的速率降温3 00℃， 再自然冷却。 7.根据权利要求4所述的铋碲硫半导体的制备方法， 其特征在于， 所述采用化学气相沉 积直接在绝 缘衬底上生长所述铋 碲硫半导体的步骤 包括： 所述铋粉、 所述碲粉和所述硫 粉置于管式炉的气流方向的上端； 所述绝缘衬底置 于所述管式炉的气流方向的下端； 在保护气体 的氛围下， 将所述管式炉以10～30℃/min的速率升温至540～580℃， 并保 持5～20分钟进行化学气相沉积， 得到铋 碲硫半导体。 8.根据权利要求7所述的铋碲硫半导体的制备方法， 其特征在于， 所述管式炉通氩气， 以20℃/mi n的速率升温至 560℃， 并在此温度保持10分钟。 9.根据权利要求7所述的铋碲硫半导体的制备方法， 其特征在于， 所述输送介质为碘单 质。 10.一种光电器件， 其特征在于， 包括衬底和设置于所述衬底的半导体材料， 所述半导 体材料为权利要求1～3中任一项所述的铋碲硫半导体或权利要求4～9中任一项制备方法 制得的铋 碲硫半导体。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115537930 A 2铋碲硫半导体、 制备方 法及光电器件 技术领域 [0001]本发明涉及半导体技 术领域， 尤其涉及一种铋 碲硫半导体、 制备 方法及光电器件。 背景技术 [0002]拓扑绝缘体碲化铋以其独特的光学和电学的性质引起大量的研究人员的关注。 碲 化铋具有一个约为0.3eV的窄带隙， 由于其能带结构中存在金属表 面态， 使得它具有超高的 载流子迁移率、 极低的热损耗率等丰富的物理性质。 这些特性有利于他成为一种极具发展 前景的新材料。 目前已经有研究人员对碲化铋在光电领域有了初步的研究， 认为其在高性 能的红外和太赫兹探测器方面具有不 错的表现。 [0003]对于光电器件来说， 优异的开光比是检测其性能的一个关键指标。 但是拓扑绝缘 体的金属表面态会导 致暗电流太高， 降低开关比， 从而影响器件的性能。 发明内容 [0004]有鉴于此， 本 发明提供一种铋碲硫半导体、 制备方法及光电器件， 以解决碲化铋的 暗电流过高的技 术问题。 [0005]为实现上述目的， 本 发明第一方面提供一种铋碲硫半导体， 铋碲硫半导体为晶体， 铋碲硫半导体的化学 结构式为BixTeySz， 其中， 1≤x≤2， 0＜y≤ 3， 0＜z≤3。 [0006]可选地， 在 BixTeySz中， x＝2， 0＜y≤ 3， 0＜z≤3。 [0007]可选地， 在 BixTeySz中， x＝2； y＝0.6； z＝2.4。 [0008]本发明第二方面 提供一种铋 碲硫半导体的制备 方法， 包括以下步骤： [0009]提供铋粉、 碲粉和硫 粉。 [0010]采用化学气相输运或水热 ‑溶剂热合成直接生长铋碲硫半导体。 或采用化学气相 沉积、 物理气相沉积、 金属有机源化学气相沉积直接在绝 缘衬底上生长铋 碲硫半导体。 [0011]可选地， 采用化学气相输运 直接生长铋 碲硫半导体的步骤 包括： [0012]铋粉、 碲粉、 硫 粉和输送介质混合密闭在石英管中， 石英管内为真空氛围。 [0013]石英管放置于双温区管式炉中， 将第一温区设定为540～580℃， 第二温区的温度 设定为480～520℃， 保持1～7天。 然后以0.6～1.0℃/min的速率冷却至200～300℃， 再自然 冷却。 其中， 第一温区和第二温区的温差为5 0～100℃。 [0014]石英管的温度达 到室温时取 出样品， 得到铋 碲硫半导体。 [0015]可选地， 石英管放入双温 区管式炉中， 以10℃/min的升温速率， 将第一温区升 温至 560℃， 第二温区升温至 500℃， 保持4天。 然后， 以0.8℃/mi n的速率降温3 00℃， 再自然冷却。 [0016]可选地， 采用化学气相沉积直接在绝 缘衬底上生长铋 碲硫半导体的步骤 包括： [0017]铋粉、 碲粉和硫 粉置于管式炉的气流方向的上端。 [0018]绝缘衬底置 于管式炉的气流方向的下端。 [0019]在保护气体的氛围下， 将管式炉以10～30℃/min的速率升温至540～580℃， 并保 持5～20分钟进行化学气相沉积， 得到铋 碲硫半导体。说　明　书 1/6 页 3 CN 115537930 A 3