[发明专利]一种提高多层二硫化钼薄膜间接带隙发光性能的方法

说明书

本发明公开了一种提高多层二硫化钼薄膜间接带隙发光性能的方法，包括通过物理气相沉积方法对多层二硫化钼薄膜表面沉积铂纳米颗粒，铂纳米颗粒的颗粒尺寸小于10纳米；具有铂纳米颗粒的颗粒尺寸小于10纳米，能够提高多层二硫化钼薄膜的间接带隙发光性能，相对于纯的多层二硫化钼薄膜，间接带隙发光性能提高，且优于银纳米颗粒对多层二硫化钼薄膜间接带隙发光性能的提高，有利于提高光探测器的灵敏度。

技术领域

本发明涉及光探测器和荧光标记技术领域，具体涉及一种提高多层二硫化钼薄膜间接带隙发光性能的方法。

背景技术

二硫化钼作为近年来的研究热点，由于其独特的结构和优异的性能引起了科研学者的广泛关注。硫化钼二维材料由于具有可调控的禁带宽度、良好的光吸收性在光电器件领域有巨大的应用潜力。

二硫化钼材料的光学性质研究已经比较系统。在光吸收实验研究中，发现体材料二硫化钼在1.88eV(A峰)和2.06eV(B峰)处观察到两个明显的吸收峰，这归因于来自布里渊区K点处劈裂的价带和导带之间A、B两种能量不同的跃迁；同时在光致发光的实验研究中，发现二硫化钼的光学性质与其层数厚度有密切联系，多层二硫化钼光致发光信号较弱，属于间接带隙半导体，在890nm对应于1.4eV的间接带隙跃迁特征发光峰。在670nm和630nm附近存在对应于1.85eV和1.97eV的A和B直接带隙跃迁特征峰。当二硫化钼材料厚度减薄至单层时，二硫化钼由间接带隙半导体变为直接带隙半导体，光致发光信号增强。禁带宽度扩大导致光致发光量子效率逐渐提高。在670nm和630nm附近存在分别对应于1.85eV和1.97eV的A、B激子直接带隙跃迁特征发光峰，其中A和B特征峰被认为是K点处价带自旋轨道能级劈裂引起的，且峰位与吸收峰峰位对应。

近年来在提高单层二硫化钼光致发光方面已有一些的研究，化学方法是一种通过控制载流子浓度的简单易行的技术：Shinichiro Mouri利用p型掺杂较高的电子亲和性实现了对单层二硫化钼光致发光强度和峰位的调谐；Matin Amani利用TFSI填补了化学剥离的二硫化钼的边沿S空位，从而极大提高了单层二硫化钼的光致发光性能。等离子体共振效应是利用金属纳米粒子在紫外可见光波段展现出很小的光谱吸收，从而获得局域表面等离子共振光谱，该光谱峰值处的吸收波长取决于该材料的微观结构特性，例如组成、形状、结构、尺寸。以金、银为代表的贵金属等离子体纳米结构作为一种提高能固有低吸收和低发射的二维材料有效方法。SerkanButun利用电子束光刻制备了银纳米颗粒阵列，并通过调节银纳米颗粒的尺寸大小将单层二硫化钼直接带隙发光性能提高了12倍(银纳米颗粒尺寸在106-227nm范围内)。还有Min-Gon Lee利用A铂MS将金纳米颗粒和转移的单层二硫化钼薄膜耦合(金纳米颗粒尺寸在40-113nm范围内)。然而，这些都着重于提高尺寸有限的片状单层二硫化钼，这在大面积光致发光研究上会受到的限制，而且目前在提高多层二硫化钼薄膜间接带隙发光方面鲜有人探索。因此为了适应阵列化光探测器需要，开发出一种具有高间接带隙发光，均匀性好的多层二硫化钼薄膜材料及其制备方法具有特别的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对多层二硫化钼薄膜的间接带隙鲜有人探索，提供一种具有高间接带隙发光、均匀性好的新多层二硫化钼薄膜材料及其制备方法，该制备方法方便易行，成本低，适合制备阵列化器件的批量研制。

一种提高多层二硫化钼薄膜间接带隙发光性能的方法，包括通过物理气相沉积方法对多层二硫化钼薄膜表面沉积铂纳米颗粒，铂纳米颗粒的颗粒尺寸小于10纳米。

进一步限定，所述物理气相沉积方法为磁控溅射法或电子束蒸发法。

进一步限定，所述多层二硫化钼薄膜由以下步骤制得：

1)将基片在100-120℃的真空环境下预热30-45分钟；

2)采用纯氩气的气氛，在0.5-1.0Pa的工作气压下，对钼靶进行预溅射10-15分钟；