[发明专利]一种基于硒化物/硫化物异质结的柔性光电探测器的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于硒化物/硫化物异质结的柔性光电探测器及其制备方法，该传感器采用PI薄膜作为基底，ITO作为电极，禁带宽度为1.2‑2.4eV的P型硒化物(如禁带宽度约为2.1eV的GaSe)和禁带宽度为1.8‑2.2eV的n型硫化物(如禁带宽度约为1.8eV的MoSsubgt;2/subgt;)形成的异质结作为功能层。器件制备流程为：首先通过光刻技术和ITO湿法刻蚀得到ITO电极，再采用机械剥离的方式得到硒化物和硫化物的亚微米薄片，并精确对准转移到基于PI基底的ITO电极上，形成超薄二维半导体异质结(各层厚度在10nm‑30nm之间)，结区面积在1×10supgt;2/supgt;‑2.5×10supgt;3/supgt;平方微米之间。该种制备方法方便环保且成本低，且基于该方法制备的硒化物/硫化物异质结光电探测器具有良好的弯曲性，相较于刚性光电探测器可应用于更多的场景，且得益于硒化物/硫化物异质结的材料特性，此类光电探测器具有良好的光电探测性能，可实现良好的光电探测效果。

技术领域

本发明属于光电传感器领域，涉及一种基于硒化物/硫化物异质结的柔性光电探测器的制备。

背景技术

随着在医疗保健监测和能量采集等领域的突出表现，柔性电子技术引起了人们的广泛关注。它利用柔软的基底代替传统的刚性基底，可以更好地成形和适应不同的衬底，在弯曲、拉伸等状态下仍能保持良好性能，可运用在皮肤表面等，实现电子设备的可穿戴，为一些实际应用提供大量的新功能。其中可穿戴设备领域发展的一大趋势就是柔性光电传感器的使用。高性能光探测器在诸多领域都扮演着其重要的作用，其应用范围包括电光显示、感光成像、环境管理、光通信、军事以及安保检查等等。但是目前常用的光电探测器大多基于刚性衬底，无法满足柔性可穿戴设备的发展趋势。因此，研究具有柔性、高响应度、响应时间短的高性能光电探测器是十分必要的。

硒化物半导体的带隙宽度一般在0.3eV到3.0eV之间，涵盖了从红外到紫外的宽波段，在太阳能电池、光电探测器、激光器等领域被广泛关注。其中，部分基于二维层状硒化物半导体纳米材料的光电探测器展现出了优异的器件性能，包括WSe₂、GaSe以及In₂Se₃等。而以MoS₂为代表的硫化物是已经被广泛研究的n型半导体。硒化物/硫化物异质结形成的内建电场可有效分离光生电子-空穴对，这对于光信号的收集和检测是有利的。此外，二维硒化物和硫化物材料均具有良好的弯曲性，这有利于柔性光电探测器的制备。

然而，目前对于基于机械剥离的异质结的制备方法大都采用刚性基底，无法实现柔性化，普通的柔性基底在进行光刻胶的去除时会与丙酮反应，破坏器件，因此需要寻找一种不溶于丙酮的柔性基底。另外，利用柔性基底进行电极制备时，大多需要将基底固定在刚性基底上操作，目前有使用旋涂pmma溶液固定的方式，但是该种方式成本较贵且pmma具有毒性，因此需要寻找一种新的方式进行固定。

目前大多数光电探测器均使用金属作为电极，但是由于金属电极对二维半导体的掺杂作用，二维半导体中的陷阱态，以及费米能级钉扎效应，金属电极很容易与二维半导体材料形成肖特基接触，从而抑制硒化物/硫化物异质结的光电性能，因此为了提升光电探测性能，需要寻找一种新的电极材料代替普通的金属电极材料。此外，由于部分硒化物材料容易氧化的特性，因此在制备器件时需做特殊处理。

发明内容