[发明专利]一种柔性单晶薄膜光电探测器件及其制备方法

说明书

本发明属于微纳制造与光电探测器件相关技术领域，其公开了一种柔性单晶薄膜光电探测器件及其制备方法，其制备方法包括以下步骤：(1)采用直流磁控溅射技术在NaCl晶体表面制备单晶薄膜材料；(2)薄膜从NaCl晶体表面剥离；(3)在柔性塑料基底上制备电极结构；(4)将剥离脱落的单晶薄膜转移至形成电极结构的塑料基底上，制备完成。本发明具有工艺简单、生产过程及产品均绿色环保，成品率高、制造成本低，可实现宽波段探测、响应率高及高柔性等优点，适于规模化工业生产，在光电探测和可穿戴设备等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于微纳制造与半导体光电器件相关技术领域涉，涉及了一种基于直流磁控溅射生长薄膜、溶液剥离和转移等技术结合的柔性单晶薄膜光电探测器件制备方法及其应用。

背景技术

由于具有优良的电、光、热电和力学性能，硒化锡(SnSe)和碲化锡(SnTe)已成为研制新型电子和光电子器件的重要代表。随着科技的不断进步，光电子器件越来越向着小型化、微型化和柔性可穿戴方向发展。为此，材料的薄膜化已成为未来材料领域的主要发展趋势。但是，目前SnSe和SnTe薄膜制备及器件加工还存在两个大问题：首先，高质量单晶薄膜材料的制备往往需要造价昂贵的设备，如分子束外延技术等，大幅提高了器件成本；其次，薄膜形成柔性器件的过程中，往往需要在酸性溶液中完成薄膜剥离并将其转移至柔性基底表面，完成柔性器件加工。酸性溶液的使用一方面对材料产生腐蚀效果，严重降低了器件性能。尤其是，大量酸性溶液的使用会对环境和人体健康产生负面影响，不利于实际应用。因此，发展一种低成本高质量SnSe和SnTe单晶薄膜材料的制备技术，并探索一种环境友好型薄膜剥离和转移技术工艺，对未来高效薄膜光电探测器件的发展非常重要。

中国专利申请CN110218970A公开了一种分子外延技术制备SnSe₂薄膜的方法。

中国专利申请CN109023483A公开了一种电化学法制备SnSe薄膜的方法，所制备的薄膜表现出多晶结构特点。

中国专利申请110172735A公开了一种单晶SnSe薄膜材料的磁控溅射制备方法，该方法需要借助界面缓冲层的作用实现薄膜单晶生长，工艺复杂，成本高。

中国专利ZL201710805805.7公开了一种脉冲激光沉积法制备SnSe薄膜的方法，该方法在氧化物基片表面得到了具有倾斜结构的单晶薄膜材料。

但是，上述四种薄膜生长过程中，分别采用了分子束外延技术、磁控溅射技术、脉冲激光沉积技术、电化学反应技术，这些技术方法均得到了SnSe薄膜材料。但是，它们所得薄膜无法进行剥离转移并形成柔性器件，或者需要使用氢氟酸等酸性溶液完成薄膜剥离，不符合绿色加工技术的要求。

因此，发明新的高质量SnSe和SnTe薄膜生长和薄膜剥离与转移技术，在此基础上，进一步加工形成柔性器件，已成为当前半导体光电子器件技术领域的一个重要研究方向。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种制备柔性单晶薄膜光电探测器件的方法。

本发明的技术方案：

一种柔性单晶薄膜光电探测器件，包括：作为载体的柔性衬底；金属电极；单晶薄膜。金属电极沉积在柔性塑料基底表面，单晶薄膜沉积在NaCl晶体表面并剥离转移至具有金属电极结构的柔性塑料基底表面。

优选的，所述柔性塑料基底为PET和PU塑料，绝缘不导电，厚度0.1–0.3mm。

优选的，所述金属电极层为化学稳定性强的贵金属(Pt、Pd、Au)，厚度为10–30nm。

优选的，所述NaCl晶体为单晶结构，厚度0.5mm。

优选的，所述单晶薄膜为SnSe材料，也可为SnTe材料，厚度为小于100nm。

一种柔性单晶薄膜光电探测器件的制备方法包括以下步骤：