[发明专利]一种柔性二维材料发光器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种柔性发光器件，尤其是涉及一种柔性二维材料发光器件。

背景技术

过渡金属硫化物二维纳米材料，如MoS₂、MoSe₂、MoTe₂、WS₂等已成为新一代高性能纳米光电器件，是国际前沿研究的核心材料之一。单层MoS₂的电子迁移率在室温下可以达到200cm²/Vs，开关比高达1×10⁸，在获得同样效果的电子运动时，MoS₂比Si更轻薄，在稳定状态下耗能比Si晶体管小十万倍，同时MoS₂具有直接带隙，使用MoS₂制成的发光器件具有优异的的光电性能。此外，基于MoS₂的柔性特征，器件可弯曲与伸展，由此诞生众多新型应用领域。

但是现有的二维半导体材料主要在制备技术上成本较高，使用二维半导体制备异质结构需要在MoS₂中进行掺杂，工艺上复杂难以实现，很难实现批量生产。

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便携性好、成本低的柔性二维材料发光器件。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种柔性二维材料发光器件，该发光器件从下到上依次包括柔性衬底层、第一金属层、介质层、二维半导体材料层，以及设置在介质层上并位于二维半导体材料层两端的第二金属层，介质层作为栅极，第二金属层两端分别作为源极和漏极，从而构成MOS结构。

所述的第一金属层的左右两侧分别设有第一金属电极和第二金属电极，所述的第二金属层的左右两端分别设有第三金属电极和第四金属电极，其中，第三金属电极为源极，第四金属电极为漏极；

工作时，所述的第三金属电极接地，第一金属电极和第三金属电极之间施加反向偏压，第二金属电极和第三金属电极之间施加正向偏压，使得二维半导体材料层内部形成PN结，二维半导体材料层上接触第三金属电极的一端积聚电子，形成N极，接触第四金属电极的一端积累空穴，形成P极，当源极和漏极之间施加正向偏压时，PN结内部载流子复合，即发出波长为500～700nm红光。

所述的第一金属电极和第二金属电极的材料为金，其厚度在200nm以内。

所述的第三金属电极和第四金属电极的材料为金、铝或钛，其厚度在300nm以内。

所述的柔性衬底层采用柔性材料制成，该柔性材料为超薄玻璃、高分子聚合物或金属箔片。

所述的高分子聚合物选自聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种。

所述的金属箔片为赤金箔片、银箔片、铜箔片或铝箔片中的一种。。

所述的介质层的介质材料选自有机材料、透明Al₂O₃和铁电介质中的一种，介质层的厚度在50nm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。

所述的二维半导体材料层的半导材料为MoS₂。

上述柔性二维材料发光器件的制备方法包括以下步骤：

(1)清洗衬底：将柔性衬底层清洗干净，衬底材料为超薄玻璃、高分子聚合物或金属箔片；

(2)制作第一金属层：通过电子束蒸发在柔性衬底层上淀积第一金属层，第一金属层包含两个金属电极，分别是第一金属电极，第二金属电极。金属电极材料为金，厚度在200nm以内；

(3)制作介质层：通过原子层淀积在金属电极层上方生长一层介质层，介质层材料为有机材料、透明Al₂O₃或铁电介质，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。

(4)二维半导体材料层：在介质层上通过转移技术的方法覆盖一层MoS₂；

(5)制作源、漏电极：用PMMA作为光刻胶，通过电子束光刻在MoS₂层的两端分别制作器件的第三，第四金属电极，第三金属电极为源极，第四金属电极为漏极，源极和漏极的材料为金、铝或钛，厚度在200nm以内。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：