[发明专利]一种热辐射自控温复合材料薄膜及其制备方法及光探测器

说明书

本发明公开了一种低角度依赖热辐射自控温复合材料薄膜及其制备方法及光探测器，先选取一生物模板材料，构建仿生模板；然后于仿生模板上依次化学沉积金属纳米颗粒及半导体纳米颗粒；最后于半导体/金属等离子体复合材料薄膜上进行二维材料的生长。本发明通过选取具有低角度依赖、热辐射自控温仿生功能结构的自然生物材料实现热辐射平衡，在无额外制冷源的条件下实现热辅助增强及防过热自控温，解决了热辅助增强光电效应与过热对光电效应的负影响之间的对立矛盾，实现了防过热自控温、热辅助增强、低角度依赖宽波段响应。本发明首次提出采用微纳功能结构调控热辐射平衡思想，实现电子、光电材料热自调控，防过热自控温。

技术领域

本发明属于新型纳米材料领域，尤其涉及一种低角度依赖热辐射自控温复合材料薄膜及其制备方法及光探测器。

背景技术

宽波段光探测器，特别是红外光区域光探测器，由于其多元化应用（如：成像、通讯、远程控制、医学、环境和安全监测等领域）被广泛研究。

目前，主要的商用光探测器的光探测材料为V、III-V和II-VI材料，如：Si、SiC、InAs、InSb、In_1-xGa_xAs和HgCdTe等。然而，由于这些材料的制备成本高、需外部制冷、材料带隙窄及有毒性等缺点，严重这些材料在光探测领域的进一步应用。由于其诱人的光学和电学性能，二维材料被广泛的关注并作为下一代电子、光电子材料。其中，MoS₂作为经典的、广泛应用的二维材料，伴随着层数由多层向单层变化，其带隙可调（1.2-1.8eV）。这一带隙可调特性表明MoS₂具有光吸收、光电响应可调（可见-近红外）。二维MoS₂还具有优秀的光吸收性能（10%, 510-780 nm）及优异的电学特性，如：相对高的载流子迁移率（200-500 cm²V^-1s^-1）、高电流开/关比（10⁸）等这些优异的光学、电学性能。

然而目前优秀的二维MoS₂虽然具有高响应（R=880 A/W, λ=561 nm），但是其运行偏压比较高（V_g=-70 V），并且到了红外光部分其光响应下降至9×10^-2 mA/W。此外，二维MoS₂受材料厚度的限制，其光吸收性能有限，且低角度依赖特性考虑甚少，从而制约了二维MoS₂光探测器光探测性能的进一步提升。特别是由于过热响应对光电探测的负面效应，当今光电探测器件几乎没有利用光热效应来辅助增强光电探测，从而限制光电响应性能的进一步提升。

发明内容

本发明的目的是提供一种低角度依赖热辐射自控温复合材料薄膜及其制备方法及光探测器，本发明启迪于自然，首次采用低角度依赖宽波段光吸收、等离子体热电子增强、光热辅助自控温一体化概念，特别是通过功能结构的热辐射平衡，在无额外制冷源的条件下实现热辅助增强及防过热自控温，从而创造性的解决了热辅助增强光电效应与过热对光电效应的负影响之间的对立矛盾，实现了防过热自控温、热辅助增强、低角度依赖宽波段响应。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种低角度依赖热辐射自控温复合材料薄膜的制备方法，包括如下步骤：

S1：选取一生物模板材料，进行前处理及活化处理，构建仿生模板，所述生物模板材料为具有低角度依赖、热辐射自控温仿生功能结构的自然生物材料；

S2：于所述仿生模板上依次化学沉积金属纳米颗粒及半导体纳米颗粒，得到半导体/金属等离子体复合材料薄膜；

S3：将所述半导体/金属等离子体复合材料薄膜置于二维材料生长系统，于所述半导体/金属等离子体复合材料薄膜上进行二维材料的生长，制得二维材料/半导体/金属等离子体复合材料薄膜。