[发明专利]一种基于单层MoS

说明书

本发明公开了一种基于单层MoS₂薄膜/GaN纳米柱阵列的自供电紫外探测器及其制备方法。所述自供电紫外探测器，自下至上依次包括衬底、GaN纳米柱阵列、所述GaN纳米柱阵列顶上支撑着的单层MoS₂薄膜；所述单层MoS₂薄膜上设有第一金属电极；所述GaN纳米柱阵列底端处设有第二金属电极。本发明提供了一种旋涂湿法转移的方法将单层MoS₂薄膜转移至生长的GaN纳米柱阵列顶部形成异质结，并利用了MoS₂‑GaN异质结的PV效应，制备了自供电紫外探测器，极大程度减小了器件的尺寸体积，对光电集成器件应用前景重大。

技术领域

本发明属于紫外探测器领域，具体涉及一种基于单层MoS₂薄膜/GaN纳米柱阵列的自供电紫外探测器及其制备方法。

背景技术

紫外探测技术在火焰探测、臭氧层空洞监测、紫外通信、国防预警与跟踪等军事及民用设施领域中具有广泛应用。在电子设备高度集成化的今天，紫外探测器作为重要的光电转换器件，其结构的微型化、可集成化成了发展的必然趋势。

第三代宽带隙半导体材料GaN，禁带宽度为3.4 eV，是一种理想的紫外探测器原材料；为了进一步减小成本和体积、提高性能，从而达到光电集成化应用的程度，近年来，使用一维纳米结构GaN作为紫外探测器成为了研究热门。一维GaN纳米结构紫外探测器优势表现为：其晶体质量是优于薄膜的，因为一维纳米结构是几乎完全弛豫的，能够有效减少穿透到纳米棒顶端的位错，有助于减少缺陷，提高晶体质量；此外，一维GaN纳米结构在很大程度上増加了材料的侧壁面积，从而增加了光子逃逸/吸收角度，有效的提高了光发射/吸收，从而提高了探测器性能。然而要使得这种纳米光电集成系统，即多个纳米器件集成成为可能，这些纳米器件必须是自给自足的，也就是说，不需要外部电源供给其工作，因为外部电源会大大增加了器件系统的尺寸和重量。克服这个问题的关键是采用自供电紫外探测器。它是利用器件结构中的光伏效应（PV），即在光照下产生半导体中的电子−空穴对，并在器件本身p-n结、肖特基结或异质结形成的内建电场作用下进行有效的分离，产生光电流，在这种情况下，该装置被分类为PV（或自供电）光电探测器。目前，基于p-n结、肖特基结的GaN自供电紫外探测器已经有很多研究报道，然而此类自供电紫外探测器的自供电光电响应性能都有待提高。因此，为了获得高性能的基于异质结的自供电紫外探测器[Bie, Y. , Liao, Z. ,Zhang, H. , Li, G. , Ye, Y. , Zhou, Y. , Xu, J. , Qin, Z. , Dai, L. and Yu,D., Self‐Powered, Ultrafast, Visible‐Blind UV Detection and Optical LogicalOperation based on ZnO/GaN Nanoscale p‐n Junctions. Advanced Materials, 23(2011) 649-653. doi:10.1002/adma.201003156]，构造晶格和能带相匹配的两种不同材料的的异质结是非常重要的。

类石墨烯的二维层状材料作为一个新兴纳米材料体系，在各种工作在不同光谱区域的光电探测器中得到广泛应用，二硫化钼（MoS₂）是目前研究最热门的二维层状材料，单层MoS₂薄膜是一种新型二维半导体材料，其二维结构的量子限域特性以及强束缚激子，使得其光吸收性能十分优异，文献报道在可见光波段的吸收系数高达5×10⁷ m^-1；此外，单层MoS₂薄膜具有极高的电子迁移率和超快速的光电响应，这些使其非常适宜制备光电探测器。但目前将其和一维GaN纳米结构结合的紫外探测器研究报道并无，因此有着巨大的发展前景。

发明内容

为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种基于单层MoS₂薄膜/GaN纳米柱阵列的自供电紫外探测器及其制备方法。该制备方法工艺简单，能耗低，省时高效。