增強(qiáng)二維半導(dǎo)體晶體材料光吸收效率的探測(cè)器及制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光電技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種增強(qiáng)二維半導(dǎo)體晶體材料光吸收效率的探測(cè)器及制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]二維半導(dǎo)體晶體材料有著獨(dú)特的電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)和力學(xué)性能，與現(xiàn)代高科技的微納加工技術(shù)相銜接，可以很好的實(shí)現(xiàn)微電子器件、光敏器件的高密度集成，在電子工業(yè)、能源轉(zhuǎn)換技術(shù)方面有著巨大的應(yīng)用潛力。
[0003]但是通常二維半導(dǎo)體晶體材料的厚度很薄，一般小于lnm，故其光吸收率很低，其吸收率用于實(shí)際的光電轉(zhuǎn)換還不夠。如何提高二維半導(dǎo)體晶體材料的光電流仍然是一個(gè)重要的問(wèn)題。在二維半導(dǎo)體晶體材料上覆蓋一層金屬納米顆粒后，因納米顆粒的曲率半徑很小，光照后納米顆粒的電場(chǎng)增強(qiáng)，使得二維半導(dǎo)體晶體材料與電場(chǎng)之間耦合增強(qiáng)，光吸收率增大，器件的量子效率增大。
[0004]中國(guó)專利CN103219403A公開(kāi)了基于二維層狀原子晶體材料的光探測(cè)器，包括一二氧化硅覆蓋的硅襯底，二氧化硅覆蓋的硅襯底上依次疊加覆蓋有第一石墨烯導(dǎo)電層、二維層狀原子晶體半導(dǎo)體材料層和第二石墨烯導(dǎo)電層，第一石墨烯導(dǎo)電層和第二石墨烯導(dǎo)電層分別與二維層狀原子晶體半導(dǎo)體材料層形成異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)；在第一、第二石墨烯導(dǎo)電層的一端上分別設(shè)有第一、第二電極層，且無(wú)任何交疊，同時(shí)第一、第二電極層又在第一、第二石墨烯導(dǎo)電層和二維層狀原子晶體半導(dǎo)體材料層的交疊區(qū)之外；各層的上方設(shè)置有一鈍化層。但是二維半導(dǎo)體晶體材料的光吸收率很低，其吸收率用于實(shí)際的光電轉(zhuǎn)換還不夠，本發(fā)明與CN103219403A不同點(diǎn)在于沒(méi)有采用二維材料異結(jié)結(jié)構(gòu)，而是在二維半導(dǎo)體晶體材料上覆蓋了一層金屬納米顆粒，因納米顆粒的曲率半徑很小，光照后納米顆粒的電場(chǎng)增強(qiáng)，使得二維半導(dǎo)體晶體材料與電場(chǎng)之間耦合增強(qiáng)，光吸收率增大，器件的量子效率增大，故本發(fā)明比CN103219403A光探測(cè)器的量子效率大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種實(shí)現(xiàn)柔性探測(cè)，便于攜帶，可伸縮，塑性強(qiáng)的增強(qiáng)二維半導(dǎo)體晶體材料光吸收效率的探測(cè)器及制作方法。
[0006]本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0007]增強(qiáng)二維半導(dǎo)體晶體材料光吸收效率的探測(cè)器，包括柔性襯底層，所述的柔性襯底層上自下而上依次生長(zhǎng)金屬電極層、介質(zhì)層、二維半導(dǎo)體晶體材料層及金屬納米顆粒層，所述的二維半導(dǎo)體晶體材料層的兩端分別設(shè)置第一金屬電極和第二金屬電極；所述的金屬電極層為柵極，所述的第一金屬電極為源極，所述的第二金屬電極為漏極。
[0008]兩個(gè)金屬電極之間設(shè)有提供偏壓的電壓源，通過(guò)調(diào)節(jié)所述偏壓來(lái)調(diào)制所述二維半導(dǎo)體晶體材料層的光電流。本發(fā)明在二維半導(dǎo)體晶體材料上覆蓋一層金屬納米顆粒，因納米顆粒的曲率半徑很小，光照后納米顆粒的表面電場(chǎng)增強(qiáng)，使得二維半導(dǎo)體晶體材料與激發(fā)光之間耦合增強(qiáng)，光吸收率增大，器件的量子效率增大。
[0009]所述的柔性襯底層為超薄玻璃、高分子聚合物或金屬箔片，所述的高分子聚合物為聚酰亞胺、聚萘二甲酸乙二醇酯或聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯。
[0010]所述的金屬電極層為通過(guò)電子束蒸發(fā)生長(zhǎng)在柔性襯底層上的金層，厚度在200nm以內(nèi)。
[0011]所述的介質(zhì)層為有機(jī)材料層、透明Al2O3層或鐵電介質(zhì)層，厚度在50nm以內(nèi)，所述有機(jī)材料為聚四乙烯苯酚、聚乙烯吡咯烷酮或聚甲基丙烯酸甲酯中的一種。
[0012]所述的二維半導(dǎo)體晶體材料層的材質(zhì)為MoS2。
[0013]所述的金屬納米顆粒層為厚度小于5nm的Au納米顆粒層。
[0014]所述的第一金屬電極和第二金屬電極為透明導(dǎo)電材料制作得到，包括氧化銦錫或氧化鋅鋁，金屬電極的厚度為10-100nm。
[0015]增強(qiáng)二維半導(dǎo)體晶體材料光吸收效率的探測(cè)器的制造方法，采用以下步驟:
[0016]I)清洗襯底:將柔性襯底層清洗干凈；
[0017]2)制作柵電極:通過(guò)電子束蒸發(fā)或磁探測(cè)射方法在柔性襯底層上生長(zhǎng)一層金屬電極層；
[0018]3)制作介質(zhì)層:通過(guò)原子層淀積或旋涂在金屬電極層上方生長(zhǎng)介質(zhì)層；
[0019]4)制作二維半導(dǎo)體晶體層:在介質(zhì)層上通過(guò)轉(zhuǎn)移技術(shù)覆蓋二維半導(dǎo)體晶體材料；
[0020]5)制作金屬納米顆粒層:通過(guò)電子束蒸發(fā)或磁控射在二維半導(dǎo)體晶體材料上方生長(zhǎng)一層，厚度小于5nm的金屬Au ；
[0021]6)退火處理:將器件在200°C _300°C下退火30分鐘，退火后，Au薄膜層變成Au納米顆粒；
[0022]7)制作電極:用PMMA作為光刻膠，通過(guò)濺射在二維半導(dǎo)體晶體材料上制作源電極和漏電極。
[0023]經(jīng)機(jī)械剝離工藝獲得二維半導(dǎo)體晶體材料，之后通過(guò)轉(zhuǎn)移技術(shù)轉(zhuǎn)移到介質(zhì)層上。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0025](I)本發(fā)明采用的材料均有可彎曲伸展的柔性特征，故本發(fā)明具有可彎曲折疊的優(yōu)點(diǎn)，在彎折后器件的電學(xué)性能保持不變。相對(duì)傳統(tǒng)的硅基晶體管，本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)柔性探測(cè)，便于攜帶，可伸縮，塑性強(qiáng)，可應(yīng)用在眾多新型領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0026](2)本發(fā)明采用金屬納米結(jié)構(gòu)覆蓋在二維半導(dǎo)體晶體材料上，增加了二維半導(dǎo)體晶體材料光吸收率，提高了以二維半導(dǎo)體晶體材料為基底材料的光電器件的量子效率和光電增益。
[0027](3)本發(fā)明沒(méi)有采用CN103219403A中的二維材料異結(jié)結(jié)構(gòu)，而是在二維半導(dǎo)體晶體材料上覆蓋了一層金屬納米顆粒，因納米顆粒的曲率半徑很小，光照后納米顆粒的電場(chǎng)增強(qiáng)，使得二維半導(dǎo)體晶體材料與電場(chǎng)之間耦合增強(qiáng)，光吸收率增大，器件的量子效率增大，故本發(fā)明比CN103219403A光探測(cè)器的量子效率大。
【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖中，1-柔性襯底層、2-金屬電極層、3-介質(zhì)層、4- 二維半導(dǎo)體晶體材料層、5-金屬納米顆粒層、6-第一金屬電極、7-第二金屬電極。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下文結(jié)合特定實(shí)例說(shuō)明的實(shí)施方式，此處的實(shí)施例及各種特征和有利細(xì)節(jié)將參考附圖中圖示以及以下描述中詳述的非限制性實(shí)施例而進(jìn)行更完整的解釋。省略眾所周知的部件和處理技術(shù)的描述，以免不必要的使此處的實(shí)施例難以理解。在制作所述結(jié)構(gòu)時(shí)，可以使用半導(dǎo)體工藝中眾所周知的傳統(tǒng)工藝。此處使用的示例僅僅是為了幫助理解此處的實(shí)施例可以被實(shí)施的方式，以及進(jìn)一步使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┐颂幍膶?shí)施例。因而，不應(yīng)將此處的示例理解為限制此處的實(shí)施例的范圍。
[0031]實(shí)施例
[0032]增強(qiáng)二維半導(dǎo)體晶體材料光吸收效率的探測(cè)器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括柔性襯底層1，柔性襯底層I上自下而上依次生長(zhǎng)金屬電極層2、介質(zhì)層3、二維半導(dǎo)體晶體材料層4及金屬納米顆粒層5，二維半導(dǎo)體晶體材料層4的兩端分別設(shè)置第一金屬電極6和第二金屬電極7 ;其中，金屬電極層2為柵極，第一金屬電極6為源極，第二金屬電極7為漏極。