[发明专利]单层MoS2同质结、光探测器及其制备方法、电子元件

说明书

本发明公开了一种单层MoS₂同质结、光探测器及其制备方法、电子元件，该单层MoS₂同质结包含：n型MoS₂和相邻的p型掺杂MoS₂，二者构成p‑n同质结；其中，该p型掺杂MoS₂是由单层MoS₂薄膜经过选区p型离子掺杂得到的。在不引入新材料的前提下，利用简单的化学掺杂方式构造同质p‑n结，可以有效提高光生电子空穴分离效率和传输速度，提升由其制备的光探测器的响应度，具有工艺简单，低功耗等优点，还可以应用于柔性整流二极管、开关二极管、太阳能电池等电子元件中，在柔性传感、医疗检测、可穿戴器件方面具有良好的应用前景。

技术领域

本公开属于光电材料和柔性材料技术领域，涉及一种单层MoS₂同质结、光探测器及其制备方法、电子元件。

背景技术

近些年来，随着石墨烯的成功制备与广泛应用，越来越多的二维材料受到了关注。诸如具有半导体性的过渡金属卤族化物(MX₂，M＝Mo，W，Ta；X＝S，Se，Te)，绝缘的层状氮化硼(BN)、黑磷(BP)以及其他新型材料。其中，以MoS₂为代表的过渡金属卤族化物因为其良好的半导体特性，光学特性等成为电子器件领域的研究热点，在柔性传感，医疗检测，可穿戴器件等方面具有很大的应用前景。

MoS₂具有禁带宽度随厚度变化的特点。单层MoS₂的带隙为1.8eV，且为直接带隙。因此，单层MoS₂晶体管具有很好的开关特性，开关比高达10⁶，同时，卓越的光学特性也使它成为光电子器件的重要材料之一。然而，单层材料受基底样貌，外界环境影响较大。当光照射在材料上时，光生电子空穴被激发分离，经由源、漏电极导出形成光电流。但是外界环境以及材料本身存在大量陷阱，光生电子和空穴传输受阻，未被及时导出的电子空穴容易再次复合，极大的降低了器件的光响应度。

目前，解决此问题的方法主要有两类。一是采用栅压调控方式，在高的栅压下，自由电子被耗尽，光电响应被放大。二是与其他半导体材料形成异质结，更加有效的分离光生电子空穴。然而，这两类方法都存在各自的弊病和缺点。对于栅压调控方式，要达到理想的改变，通常栅压需要很高，如此高的栅压不仅功耗巨大而且容易烧坏材料，降低器件寿命；并且，目前栅控方式普遍构造于硅基底上，无法在柔性领域应用。对于异质结方式，通常需要引入新的材料，这种方式增加了工艺难度，限制了器件的使用环境；并且新材料的引入可能破坏主体材料，影响光响应表现。因此，构造具有高的光电表现兼具低功耗、柔性、工艺简单等特点的光探测器成为研究重点。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种单层MoS₂同质结、光探测器及其制备方法、电子元件，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种单层MoS₂同质结，包含：n型MoS₂和相邻的p型掺杂MoS₂，二者构成p-n同质结；其中，该p型掺杂MoS₂是由单层MoS₂薄膜经过选区p型离子掺杂得到的。

在本公开的一些实施例中，选区的掺杂面积为单层MoS₂薄膜面积的30％～70％。

在本公开的一些实施例中，选区的掺杂浓度为：0.01mol/L～10mol/L。

在本公开的一些实施例中，单层MoS₂同质结以柔性材料为基底。

在本公开的一些实施例中，单层MoS₂同质结以硬质材料为基底。