[发明专利]复合薄膜敏感材料、红外探测器及制备方法

说明书

本发明属于光电材料技术领域，具体涉及一种复合薄膜敏感材料、红外探测器及制备方法。本发明所要解决的技术问题是提供一种复合薄膜敏感材料及其制备方法，该复合薄膜敏感材料包括二维材料层和金属纳米颗粒层；其中，金属纳米颗粒为圆锥状，底面直径为5～40nm、高度为3～17nm，金属纳米颗粒层为单层的金属纳米颗粒。本发明通过对二维材料进行金属纳米颗粒修饰所得的复合薄膜敏感材料能够提高对近红外光的吸收率。

技术领域

本发明属于光电材料技术领域，具体涉及一种复合薄膜敏感材料、红外探测器及制备方法。尤其涉及一种基于纳米金修饰的增强近红外波段光吸收的敏感材料及利用其制备的光电探测器及制备方法。

背景技术

二维材料是随着石墨烯的发现而提出的，是指厚度在纳米范围的材料。它们普遍具有优良的力学特性，良好的载流子迁移率等优势，有望替代传统的半导体材料。二硫化钼、硒化镓、掺杂的石墨烯等半导体二维材料具有良好的光电特性，在近红外探测领域有巨大的应用前景，因而二维材料近红外探测器得到学术界广泛关注与研究。

二维材料虽然有良好的光吸收率，如二硫化钼在可见光波段有良好的光吸收率，但普遍对近红外波段的吸收不高或者覆盖不广；而且与传统光电材料相比，因为二维材料十分的薄(纳米尺度)，其光吸收率要比传统的块材材料要低。导致其二维材料近红外波段相应的单位光电流很小(10mA/W)，难以满足近红外探测器的实际使用要求。

在二维半导体材料中，二硫化钼因其优越光电特性，是最具有研究价值的二维材料之一。本征的二硫化钼为n型半导体材料，与石墨烯相比，二硫化钼不仅具有石墨烯的一些优异力学性质，而且具有良好的载流子迁移率、宽波长吸收范围，以及随层数不同可改变调控的带隙(1.3～1.8eV)，对可见光有很强的的光响应。但是，二硫化钼在近红外波段的吸收率不高，导致其单位光电流不高，难以投入实际应用中。

发明内容

针对现有技术中二维材料对近红外波段光吸收效率低导致的单位光电流不高等缺陷，本发明提供了一种纳米金属修饰的复合薄膜敏感材料及其制备方法。该复合薄膜敏感材料对近红外光吸收良好，能够为探测器提供高的光电流；且该制备方法简单、不采用有毒试剂。

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种复合薄膜敏感材料。该复合薄膜敏感材料包括二维材料层和金属纳米颗粒层；其中，金属纳米颗粒为圆锥状，底面直径为5～40nm、高度为3～17nm，金属纳米颗粒层为单层的金属纳米颗粒。

进一步的，上述复合薄膜敏感材料中，金属纳米颗粒层中两两颗粒底面中心之间的距离为3～30nm。

具体的，上述复合薄膜敏感材料中，所述的二维材料为二硫化钼、掺杂的石墨烯、硒化铟或硒化镓中的任意一种。

优选的，上述复合薄膜敏感材料中，当二维材料为二硫化钼时，二维材料层的厚度不超过5个单层的二硫化钼。

具体的，上述复合薄膜敏感材料中，所述的金属为能够产生局域表面等离子共振的材料。

优选的，上述复合薄膜敏感材料中，所述的金属为金、银或铜中的至少一种。

更优选的，上述复合薄膜敏感材料中，所述的金属为金。

由于本发明所述的复合薄膜敏感材料厚度最多60nm左右，不方便操作，所以一般该复合薄膜敏感材料会有一个承载的载体。所以本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种带有载体的复合薄膜敏感材料。

具体的，上述带有载体的复合薄膜敏感材料中，所述的载体为高介质材料。

进一步的，上述带有载体的复合薄膜敏感材料中，所述高介质材料为二氧化硅、蓝宝石、玻璃、HfO₂、锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)或聚偏氟乙烯(PVDF)中的任意一种。

优选的，上述带有载体的复合薄膜敏感材料中，所述高介质材料为二氧化硅。