[发明专利]一种自激发可存储式光电导器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种自激发可存储式光电导器件及其制备方法。本发明以单晶STO衬底为绝缘氧化物，经离子束轰击后，其表层将形成纳米导电薄层——表面电子气SSEG，为N型半导体；WSe₂为P型二维半导体材料，层与层之间靠范德瓦尔斯力结合在一起，形成二硒化钨和钛酸锶表面电子气及其PN结,具有结构简单、光电效率高、可存储的特点，可实现光生电子空穴对的存储，获得无限寿命的光生载流子；其工作过程自激励、外量子效率高且结构简单，可用于纳米能源器件领域。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及可存储式光电导器件。

背景技术

光伏效应、光电导效应经常在光入射到PN结时发生。高效的光电器件往往具有优异的外量子效率，而光生电子空穴对的快速复合极大的缩短了载流子的寿命，进而限制了光电器件的外量子效率。为了获得优异的光电器件，科研人员尝试了多种策略，如采用新颖的P型、N型半导体材料或是设计新的功能界面。当前提高外量子效率主要是通过改善器件对光子的吸收来实现的，而对提高载流子寿命的研究相对较少。近年来，基于二维材料的范德瓦尔斯异质结在环境友好、高效的纳米能源器件方面异军突起，大量的研究表明其在光伏电池、光电探测等方面有着巨大的应用前景。范德瓦尔斯结的一个巨大优势是层间依赖的带隙结构使得我们在调控PN结物理特性时不会引入额外的无序性。异质结在对电子空穴对的捕获、光生电子空穴对寿命的提高及分离中起着重要作用。而当前的范德瓦尔斯异质结结几乎都是二维P型与N型材料构成的，另一些二维体系，如二维电子气，由于其奇异的物理特性而被广泛关注，但目前尚没有关于电子气的范德瓦尔斯异质结报道。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供一种结构简单、光电效率高、可存储的自激发可存储式光电导器件及其制备方法。

实现本发明目的的技术方案是提供一种自激发可存储式光电导器件的制备方法，包括如下步骤：

（1）将少层二硒化钨WSe₂片从块材WSe₂上转移到单晶钛酸锶SrTiO₃衬底STO表面；

（2）在步骤（1）得到的样品一侧采用光刻工艺覆盖光刻胶，光刻胶覆盖面积占衬底WSe₂表面面积的1/2～2/3，衬底另一侧的其余面积呈WSe₂及STO表面暴露状态；

（3）采用磁控溅射工艺在步骤（2）获得的样品表面沉积金，再用丙酮将光刻胶去除后，步骤（2）中呈暴露状态的区域被金覆盖，覆盖光刻胶的部分呈WSe₂及STO暴露状态；

（4）再采用光刻工艺在金覆盖的一侧覆盖光刻胶，光刻胶将金覆盖的全部面积及暴露的WSe₂表面面积的1/2～2/3覆盖；

（5）采用离子束刻蚀工艺，将暴露的WSe₂及STO刻蚀，待暴露的WSe₂被全部刻蚀后，继续适量刻蚀STO衬底，直至被离子束刻蚀的STO衬底表面形成STO表面电子气SSEG；

（6）经丙酮、酒精和去离子水依次清洗样品后，得到一种WSe₂/SSEG的PN结的自激发可存储式光电导器件。

本发明技术方案还包括按上述制备方法得到的一种WSe₂/SSEG PN结的自激发可存储式光电导器件。

本发明提供的二硒化钨（WSe₂）/钛酸锶（SrTiO₃，STO）表面电子气（STO surfaceelectron gas，SSEG）（WSe₂/SSEG）PN结，是一种可存储式光电导器件。该器件具有结构简单、外量子效率高、存储持久等特点。