[发明专利]基于二维材料的双异质结构的柔性光电探测器及其制备工艺

权利要求书

1.基于二维材料的双异质结构的柔性光电探测器，其特征在于，包括聚对苯二甲酸乙二酯基底(1)、单层二硫化钼(2)、石墨烯(3)、碳纳米管薄膜(4)和金属电极(5)；其中单层二硫化钼(2)位于聚对苯二甲酸乙二酯基底(1)表面，石墨烯(3)覆盖在单层二硫化钼(2)上方，碳纳米管薄膜(4)再覆盖在石墨烯(3)上方，金属电极(5)形成于石墨烯(3)和碳纳米管薄膜(4)上方。

2.根据权利要求1所述的基于二维材料的双异质结构的柔性光电探测器，其特征在于，碳纳米管薄膜(4)与石墨烯(3)的覆盖结构为十字交叉结构，单层二硫化钼(2)完全被覆盖在石墨烯(3)下方。

3.据权利要求1所述的基于二维材料的双异质结构的柔性光电探测器，其特征在于，该探测器制备采用的材料都是二维材料。

4.根据权利要求3所述的基于二维材料的双异质结构的柔性光电探测器，其特征在于，该探测器一共有两对异质结，分别是碳纳米管薄膜(4)/石墨烯(3)异质结和石墨烯(3)/单层二硫化钼(2)异质结；利用碳纳米管薄膜(4)对近红外光子的高吸收特性以及碳纳米管薄膜(4)/石墨烯(3)异质结对碳纳米管所产生光生载流子进行有效分离，使得该双异质结构的柔性光电探测器的光谱响应能够拓展至红外波段范围，突破了单层二硫化钼(2)自身的响应极限。

5.根据权利要求4所述的基于二维材料的双异质结构的柔性光电探测器，其特征在于，当激光波长在可见光范围内时，在零偏压下的光响应由石墨烯(3)/单层二硫化钼(2)异质结产生，而当激光波长在近红外的范围时，在零偏压下的光电响应由碳纳米管薄膜(4)/石墨烯(3)异质结产生。

6.根据权利要求4所述的基于二维材料的双异质结构的柔性光电探测器，其特征在于，通过碳纳米管薄膜(4)/石墨烯(3)/单层二硫化钼(2)双异质结的内建电场作用，会使该器件在无偏压下能够进行光探测，并增强器件的光响应强度。

7.基于二维材料的双异质结构的柔性光电探测器的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：

1)制备单层MoS₂并转移到清洗完成后干净的PET基底上；

2)制备单晶单层石墨烯薄膜并转移到PET基底上，完全覆盖MoS₂；

3)在步骤2)石墨烯薄膜上进行光刻和等离子体工艺来刻蚀边缘；

4)制备CNT薄膜并转移到PET基底上，覆盖在石墨烯上方；

5)在步骤4)CNT薄膜上进行光刻和等离子体工艺来刻蚀，形成十字交叉结构；

6)在步骤5)得到CNT薄膜两端和在步骤3)得到的石墨烯薄膜两端制备探测器的金属电极，得到基于二维材料的双异质结构的柔性光电探测器。

8.根据权利要求7所述的基于二维材料的双异质结构的柔性光电探测器的制备工艺，其特征在于，步骤3)和5)中，采用光刻和等离子体刻蚀工艺对石墨烯和CNT薄膜来进行图形化处理：首先在材料表面通过旋转匀胶、前烘、曝光、显影以及后烘来制备出一层光刻胶掩膜层，得到图形化的掩膜层，同时部分需要刻蚀的材料部分被裸露出来，形成刻蚀窗口；在刻蚀窗口处，裸露出来的材料部分被等离子体所刻蚀，得到所需图案。

9.根据权利要求7所述的基于二维材料的双异质结构的柔性光电探测器的制备工艺，其特征在于，步骤6)中，采用旋转匀胶、前烘、曝光、显影以及后烘来制备出一层光刻胶掩膜层，并结合金属沉积和剥离微纳制造工艺，在石墨烯和CNT薄膜左右两侧制备20nm厚的Ti及80nm厚的Au电极；其中Ti作为缓冲材料，导电性能优异的Au作为电极材料。