[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

说明书

本发明公开了一种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。该探测器包括聚对苯二甲酸乙二酯基底(PET)、单层二硫化钼、石墨烯、碳纳米管薄膜和金属电极。该探测器一共有两对异质结，分别是碳纳米管薄膜/石墨烯异质结和石墨烯/单层二硫化钼异质结。通过碳纳米管薄膜/石墨烯/单层二硫化钼双异质结的内建电场作用，既可以拓宽光谱响应范围，也可以使该器件在无偏压下可以进行光探测，增强器件的光响应强度。由于器件制备采用的材料都是二维材料，所以器件为柔性可弯曲结构，并且制备工艺操作简单，可靠性强。本发明有助于拓宽光电探测器的应用范围，突破二硫化钼的光谱响应范围，实现技术创新。

技术领域

本发明属于材料科学、光电器件及微纳制造技术领域，具体涉及一种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。

背景技术

光电探测器是广泛应用于军事和国民经济的重要光电器件之一，在世界上受到高度重视。由于感光材料以及器件结构不同，探测器在响应波段、响应率、探测率、响应速度等方面表现迥异。这些性能各异的光电探测器可广泛用于图像传感、导弹制导、环境监测、夜视系统等领域。由于二维材料层间不存在共价键，因此不受晶格匹配和材料种类的限制，通过依次堆叠不同的材料就可以获得趋向于完美的异质结。通过范德华异质结构建的柔性探测器，通常能够满足对新型光电子器件轻量化设计的需求，易于携带，具有优异的移植性、大面积兼容性和更高的可扩展性等优点，因而在光电子器件领域的发展中具有良好的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于针对光电探测器的柔性化和轻量化的需求，提供了一种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，用于增强柔性光电探测器的响应率。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：

基于二维材料的双异质结构的柔性光电探测器，包括聚对苯二甲酸乙二酯基底、单层二硫化钼、石墨烯、碳纳米管薄膜和金属电极；其中单层二硫化钼位于聚对苯二甲酸乙二酯基底表面，石墨烯覆盖在单层二硫化钼上方，碳纳米管薄膜再覆盖在石墨烯上方，金属电极形成于石墨烯和碳纳米管薄膜上方。

本发明进一步的改进在于，碳纳米管薄膜与石墨烯的覆盖结构为十字交叉结构，单层二硫化钼完全被覆盖在石墨烯下方。

本发明进一步的改进在于，该探测器制备采用的材料都是二维材料。

本发明进一步的改进在于，该探测器一共有两对异质结，分别是碳纳米管薄膜/石墨烯异质结和石墨烯/单层二硫化钼异质结；利用碳纳米管薄膜对近红外光子的高吸收特性以及碳纳米管薄膜/石墨烯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自身的响应极限。

本发明进一步的改进在于，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/单层二硫化钼异质结产生，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/石墨烯异质结产生。

本发明进一步的改进在于，通过碳纳米管薄膜/石墨烯/单层二硫化钼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。

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，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；