[发明专利]增强二维半导体晶体材料光吸收效率的探测器及制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电技术领域，尤其是涉及一种增强二维半导体晶体材料光吸收效率的探测器及制作方法。

背景技术

二维半导体晶体材料有着独特的电学、光学、磁学和力学性能，与现代高科技的微纳加工技术相衔接，可以很好的实现微电子器件、光敏器件的高密度集成，在电子工业、能源转换技术方面有着巨大的应用潜力。

但是通常二维半导体晶体材料的厚度很薄，一般小于1nm，故其光吸收率很低，其吸收率用于实际的光电转换还不够。如何提高二维半导体晶体材料的光电流仍然是一个重要的问题。在二维半导体晶体材料上覆盖一层金属纳米颗粒后，因纳米颗粒的曲率半径很小，光照后纳米颗粒的电场增强，使得二维半导体晶体材料与电场之间耦合增强，光吸收率增大，器件的量子效率增大。

中国专利CN103219403A公开了基于二维层状原子晶体材料的光探测器，包括一二氧化硅覆盖的硅衬底，二氧化硅覆盖的硅衬底上依次叠加覆盖有第一石墨烯导电层、二维层状原子晶体半导体材料层和第二石墨烯导电层，第一石墨烯导电层和第二石墨烯导电层分别与二维层状原子晶体半导体材料层形成异质结结构；在第一、第二石墨烯导电层的一端上分别设有第一、第二电极层，且无任何交叠，同时第一、第二电极层又在第一、第二石墨烯导电层和二维层状原子晶体半导体材料层的交叠区之外；各层的上方设置有一钝化层。但是二维半导体晶体材料的光吸收率很低，其吸收率用于实际的光电转换还不够，本发明与CN103219403A不同点在于没有采用二维材料异结结构，而是在二维半导体晶体材料上覆盖了一层金属纳米颗粒，因纳米颗粒的曲率半径很小，光照后纳米颗粒的电场增强，使得二维半导体晶体材料与电场之间耦合增强，光吸收率增大，器件的量子效率增大，故本发明比CN103219403A光探测器的量子效率大。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种实现柔性探测，便于携带，可伸缩，塑性强的增强二维半导体晶体材料光吸收效率的探测器及制作方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

增强二维半导体晶体材料光吸收效率的探测器，包括柔性衬底层，所述的柔性衬底层上自下而上依次生长金属电极层、介质层、二维半导体晶体材料层及金属纳米颗粒层，所述的二维半导体晶体材料层的两端分别设置第一金属电极和第二金属电极；所述的金属电极层为栅极，所述的第一金属电极为源极，所述的第二金属电极为漏极。

两个金属电极之间设有提供偏压的电压源，通过调节所述偏压来调制所述二维半导体晶体材料层的光电流。本发明在二维半导体晶体材料上覆盖一层金属纳米颗粒，因纳米颗粒的曲率半径很小，光照后纳米颗粒的表面电场增强，使得二维半导体晶体材料与激发光之间耦合增强，光吸收率增大，器件的量子效率增大。

所述的柔性衬底层为超薄玻璃、高分子聚合物或金属箔片，所述的高分子聚合物为聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯。

所述的金属电极层为通过电子束蒸发生长在柔性衬底层上的金层，厚度在200nm以内。

所述的介质层为有机材料层、透明Al₂O₃层或铁电介质层，厚度在50nm以内，所述有机材料为聚四乙烯苯酚、聚乙烯吡咯烷酮或聚甲基丙烯酸甲酯中的一种。

所述的二维半导体晶体材料层的材质为MoS₂。

所述的金属纳米颗粒层为厚度小于5nm的Au纳米颗粒层。

所述的第一金属电极和第二金属电极为透明导电材料制作得到，包括氧化铟锡或氧化锌铝，金属电极的厚度为10-100nm。

增强二维半导体晶体材料光吸收效率的探测器的制作方法，采用以下步骤：

1)清洗衬底：将柔性衬底层清洗干净；

2)制作栅电极：通过电子束蒸发或磁探测射方法在柔性衬底层上生长一层金属电极层；

3)制作介质层：通过原子层淀积或旋涂在金属电极层上方生长介质层；

4)制作二维半导体晶体层：在介质层上通过转移技术覆盖二维半导体晶体材料；

5)制作金属纳米颗粒层：通过电子束蒸发或磁控射在二维半导体晶体材料上方生长一层，厚度小于5nm的金属Au；

6)退火处理：将器件在200℃-300℃下退火30分钟，退火后，Au薄膜层变成Au纳米颗粒；

7)制作电极：用PMMA作为光刻胶，通过溅射在二维半导体晶体材料上制作源电极和漏电极。

经机械剥离工艺获得二维半导体晶体材料，之后通过转移技术转移到介质层上。