[发明专利]一种贵金属纳米线与二维二硫化钼复合结构的光电探测器及其制备方法

说明书

本发明提供了一种贵金属纳米线与二维二硫化钼复合结构的光电探测器及其制备方法，首先在氧化硅片上制备由多条平行排列的贵金属纳米线构成的第一贵金属纳米线阵列；再利用微机械剥离法将单层二硫化钼薄膜转移至氧化硅片的第一贵金属纳米线阵列上方；最后在单层二硫化钼薄膜上构筑第二贵金属纳米线阵列和贵金属电极，且第二贵金属纳米线阵列的纳米线与第一贵金属纳米线阵列的纳米线相互垂直形成贵金属纳米网格，得到基于复合结构的光电探测器。所述制备方法使贵金属纳米线的宽度和间距具有较大的可控性，可以实现对二维材料光学特性的灵活调制。该结构能够将光场牢牢局域并增强，提高光电探测器对光的吸收能力和灵敏度，具有较强的光探测性能。

技术领域

本发明涉及光电子器件技术领域，更具体的说，涉及一种贵金属纳米线与二维二硫化钼复合结构的光电探测器及其制备方法。

背景技术

光电探测器可将处于一定波段的光信号转变为电信号，因而在通信和传感等领域有着广泛的应用。二维二硫化钼光电探测器已被研究表明具有小体积、高响应度、宽波段和超灵敏等优点，但由于二维二硫化钼的原子级厚度，其对光的吸收能力较差。

发明内容：

针对传统的二维二硫化钼光电探测器对光吸收性能弱的不足，本发明提出一种贵金属纳米线与二维二硫化钼复合结构的光电探测器及其制备方法，利用贵金属纳米线在光场下激发产生表面等离激元，利用表面等离激元的表面局域和近场增强的性质，增强二维二硫化钼附近的光场，并将它聚集在二维二硫化钼上，克服单一的二维二硫化钼光电探测器对光的吸收能力弱的问题，提高了光电探测器对光的灵敏度，实现了探测性能的优化。

本发明采用如下的技术方案：

一种贵金属纳米线与二维二硫化钼复合结构的光电探测器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：在氧化硅片上制备由多条平行排列的贵金属纳米线构成的第一贵金属纳米线阵列；

步骤2：通过微机械剥离法将单层二硫化钼薄膜转移至氧化硅片的第一贵金属纳米线阵列上方；

步骤3：再在单层二硫化钼薄膜上构筑第二贵金属纳米线阵列和贵金属电极，所述第二贵金属纳米线阵列也是由多条平行的贵金属纳米线构成，且第二贵金属纳米线阵列的纳米线与第一贵金属纳米线阵列的纳米线相互垂直形成贵金属纳米网格，得到基于复合结构的光电探测器。

进一步地，所述贵金属纳米线为金纳米线或银纳米线。

进一步地，所述贵金属纳米线之间的间距为100-250nm，所述贵金属纳米线的宽度、厚度均为30-80nm。

进一步地，所述步骤1和步骤3中的贵金属纳米线均是通过电子束光刻与蒸镀技术制备而成：

首先利用匀胶机在氧化硅片或者二硫化钼薄膜上涂覆光刻胶，光刻胶经烘烤后利用电子束光刻机在氧化硅片上光刻出平行排列的纳米尺寸的条状图案及定位图案，并进行显影、定影处理获得图案化衬底；

再在图案化衬底上蒸镀或者沉积一层贵金属膜，再将氧化硅片置于去胶液中，去除多余的光刻胶及贵金属膜；去胶完成后，将氧化硅片依次浸泡于丙酮、IPA和去离子水中清洗，清洗后将氧化硅片烘干。

进一步地，所述光刻胶均选用PMMA A5型正性光刻胶，在涂覆光刻胶之前氧化硅片预热到70℃；所述涂覆光刻胶过程中，匀胶机的工艺参数为：一档转速500r/min，匀胶时间为5s；二档转速2500r/min，匀胶时间为60s；三档转速1000r/min，匀胶时间为10s；变档加速度为2500r/min/s；光刻胶烘烤温度为150℃，烘烤时间2min。

进一步地，电子束光刻机光刻时的工艺参数为：加速电压125kV、电子束束流1nA、曝光剂量1600μC/cm²/Vs；光刻过程中还包括光刻十字标记图案的步骤。