[发明专利]一种宽光谱响应光电探测器及其制备方法

说明书

本发明属于光电探测器技术领域，公开了一种宽光谱响应光电探测器的制备方法，首先在硅基衬底制备二维层状MoS₂纳米片，利用光刻/剥离技术沉积上一层金属电极，然后旋涂PbSe量子点，退火处理后得到PbSe量子点/二维层状MoS₂纳米片异质结光电探测器。本发明通过利用室温下一步法直接合成的PbSe量子点与机械剥离法获得的二维层状MoS₂材料之间的相互协同作用，拓宽二维MoS₂纳米片的光谱响应范围并提升异质结界面处的载流子传输能力，从而提升光电探测器的性能。

技术领域

本发明涉及一种宽光谱响应光电探测器及其制备方法，尤其是涉及一种室温条件下一步法直接合成的PbSe量子点/二维层状MoS₂异质结光电探测器的制备方法。

背景技术

近年来，化学式为MX₂(M＝Mo,W；X＝S,Se)的二维层状过度金属硫族化合物(TMDs)作为功能材料被广泛应用在电子和光电子器件领域，这是因为其具有独特的物理和优异的电学性质，这些特性包括：高的载流子迁移率、维度从属特性、能较好的与柔性基底相兼容等。在过度金属硫族化合物家族中，MoS₂是一种典型的带隙与层数相关的半导体材料，例如：单层MoS₂通常是禁带宽度为1.8eV的直接带隙半导体材料，而多层MoS₂则是一种禁带宽度为1.3eV的间接带隙半导体材料。由于这些独特的特性，二维MoS₂作为一种有前景的候选材料被广泛应用在场效应晶体管、发光二极管、太阳能电池和光电探测器中。在这些器件中，光电探测器作为新型光电子器件中的一个重要组成部分吸引了研究人员的广泛关注。然而，由于二维MoS₂具有低的光吸收能力和窄的光谱吸收范围，这以特点将极大的限制了其在高性能光电探测器中的潜在应用。然而，在增强光吸收的同时保持低的暗电流状态，对二维MoS₂光电探测器而言将是一个比较大的挑战。到目前为止，许多研究工作致力于增加MoS₂的光吸收，并改善光电探测器的光响应，例如：通过化学掺杂、集成纳米颗粒的表面等离子共振、能带工程等方法，可以增强其光吸收能力并提升光电探测器的响应度。然而，这些方法由于复杂的工艺过程和有限的性能提升而存着各种弊端。

为了解决上述问题，许多研究工作包括申请人此前的研究，尝试通过利用一种通用的旋涂法将二维材料与量子点或纳米晶体集成制备一种高性能的光电探测器。但是量子点或纳米晶体在合成的过程中，其表面通常会包覆一层油酸长链的配体，这些表面配体会阻碍量子点或纳米晶体之间的电荷传输，从而导致旋涂制备的量子点薄膜导电能力较差。(Adv.Sci.2018,5,1801219.；Adv.Mater.2015,27,176-180.；Adv.Funct.Mater.2017,27,1603605；ACS Appl.Mater.Interfaces 2018,10,43887-43895.)因此在器件的制备过程中，通常还需要利用有机极性溶剂去除量子点的表面配体，从而提升量子点的导电能力。然而，在利用有机极性溶剂处理量子点表面配体的过程中，将会不可避免的影响到器件的光电性能，从而极大的限制了器件的实际应用。为了解决这一难题，研究人员尝试从材料设计的角度出发，利用室温下一步法直接合成PbX量子点(X＝S；Se)并应用在太阳能电池领域，从而避免了在器件制备过程中需要利用有机极性溶剂处理量子点表面配体的步骤，实现器件光电性能的提升。(ACS Energy Lett.2020,5,3797-3803.；Nat Commun.2019,10,5136.)