基于二维硒纳米片的固体光探测器及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种基于二维硒纳米片的固体光探测器，包括基底、依次设置在基底上的隔离层和光吸收层，以及间隔设置在光吸收层上的源极和漏极，源极和漏极之间形成的沟道结构暴露出部分光吸收层，光吸收层的材料包括二维硒纳米片。本发明专利技术提供的光探测器性能良好。本发明专利技术还提供了一种基于二维硒纳米片的固体光探测器的制备方法，包括：将二维硒纳米片分散在有机溶剂中形成二维硒纳米片分散液，将二维硒纳米片分散液均匀涂布在隔离层上，干燥后得到光吸收层；在光吸收层上方以及未被光吸收层覆盖的隔离层上方旋涂光刻胶，经曝光和显影后，形成电极图案；沉积电极材料，随后去除光刻胶，形成源极和漏极，得到光探测器。本发明专利技术提供的方法简单易操作。

【技术实现步骤摘要】
基于二维硒纳米片的固体光探测器及其制备方法
本专利技术涉及光电领域，具体涉及一种基于二维硒纳米片的固体光探测器及其制备方法。
技术介绍
光探测器是利用具有光电效应的材料制成的能够实现光电转换的传感器，其作用是实现光电变换。其机理是由射入探测器的导波光束引起电子从价带到导带的受激跃迁，产生光生载流子(电子和空穴)。并由PN结或肖特基势垒将这些载流子收集起来，最终表现为光电压或光电流。目前，基于二维纳米材料如黑磷的光探测器被认为是当前商用光探测器的有效替代产品。但是这种光探测器具有以下缺点：(1)基于宽带隙半导体的光探测器，由于带隙较大导致探测波长过短；(2)现有的二维纳米材料稳定性较差，导致光探测器的使用性能较差。因此，有必要提供一种新的光探测器。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种基于二维硒纳米片的固体光探测器，所述固体光探测器包括一种新型的二维功能材料-二维硒纳米片，所述二维硒纳米片带隙较窄，响应光谱较宽，环境稳定性较好，具有良好的光电探测功能。本专利技术第一方面提供了一种基于二维硒纳米片的固体光探测器，包括基底、依次设置在所述基底上的隔离层和光吸收层，以及间隔设置在所述光吸收层上的源极和漏极，所述源极和所述漏极之间形成的沟道结构暴露出部分所述光吸收层，所述光吸收层的材料包括二维硒纳米片。其中，所述二维硒纳米片为晶体结构或无定形结构。其中，所述二维硒纳米片的厚度为1-50nm。其中，所述二维硒纳米片的厚度为3-5nm。其中，所述二维硒纳米片的长宽尺寸为10-200nm。其中，所述源极和所述漏极之间暴露出的所述光吸收层沿第一方向的长度为1-10μm，沿第二方向的长度为1-15μm。其中，所述基底的材质包括硅，所述隔离层的材质包括二氧化硅。其中，所述源极和所述漏极的材质包括金、钛、铝、铬、钨和镍中的至少一种。本专利技术第一方面提供的固体光探测器，所述光探测器的半导体材料包括二维硒纳米片，所述二维硒纳米片带隙较窄，响应光谱较宽，同时稳定性较好，具有优良的光电探测性能，含有所述二维硒纳米片的光探测器稳定性较好，使用寿命较长。本专利技术第二方面提供了一种基于二维硒纳米片的固体光探测器的制备方法，包括以下步骤：提供基底和设置在所述基底上的隔离层；提供硒原料，采用液相剥离的方法对所述硒原料进行剥离，得到二维硒纳米片；将所述二维硒纳米片分散在有机溶剂中形成二维硒纳米片分散液，将所述二维硒纳米片分散液均匀涂布在所述隔离层上，干燥后得到光吸收层；在所述光吸收层上方以及未被所述光吸收层覆盖的所述隔离层上方旋涂光刻胶，经曝光和显影后，形成电极图案；沉积电极材料，随后去除光刻胶，形成源极和漏极，得到基于二维硒纳米片的光探测器。其中，所述液相剥离的方法具体包括以下操作：将所述硒原料加入至溶剂中，在冰浴环境下采用探头超声8-12h；所述探头超声结束后，继续采用水浴超声，所述水浴超声时间为5-12h，所述水浴的温度保持0-10℃；水浴超声后，进行离心和干燥得到二维硒纳米片。本专利技术第二方面提供的光探测器的制备方法，方法简单易操作，制得的光探测器具有良好光电探测性能。综上，本专利技术有益效果包括以下几个方面：1、本专利技术提供的光探测器，所述光探测器的半导体材料包括二维硒纳米片，所述二维硒纳米片带隙较窄，响应光谱较宽，同时稳定性较好，具有优良的光电探测性能，含有所述二维硒纳米片的光探测器稳定性较好，使用寿命较长；2、本专利技术提供的光探测器的制备方法，方法简单易操作，制得的光探测器具有良好光电探测性能。附图说明图1为本专利技术一实施方式提供的基于二维硒纳米片的固体光探测器的结构示意图；图2为实施例1制得的二维硒纳米片的透射电镜图片；图3为实施例1制得的二维硒纳米片的原子力显微图片；图4为不同尺寸的二维硒纳米片的吸收光谱图和带隙图。具体实施方式以下所述是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本专利技术的保护范围。本专利技术提到的“二维硒纳米片”或“硒”，除特殊说明，均指的是单质硒。请参照图1，图1为本专利技术一实施方式提供的基于二维硒纳米片的固体光探测器的结构示意图；本专利技术实施方式提供了一种基于二维硒纳米片的固体光探测器10，包括基底1、依次设置在所述基底1上的隔离层2和光吸收层3、以及间隔设置在所述光吸收层3上的源极4和漏极5，所述源极4和所述漏极5之间形成的沟道结构暴露出部分所述光吸收层3，所述光吸收层3的材料包括二维硒纳米片。本专利技术实施方式中，所述光吸收层3可由二维硒纳米片铺设形成。如可以由单层二维硒纳米片铺设在所述隔离层上形成，或者可以由多层二维硒纳米片层叠设置在所述隔离层上形成。可选地，所述光吸收层3的厚度可根据实际需要进行具体选择，如可为纳米级，具体可为5nm-500nm。本专利技术实施方式中，所述二维硒纳米片为晶体结构或无定形结构。本专利技术实施方式中，所述二维硒纳米片的厚度为1-50nm。可选地，所述二维硒纳米片的厚度为3-5nm。可选地，所述二维硒纳米片的厚度为5-10nm。可选地，所述二维硒纳米片的厚度为10-50nm。进一步可选地，所述二维硒纳米片的厚度为1nm、5nm、10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、45nm或50nm。本专利技术实施方式中，所述二维硒纳米片的长宽尺寸为10-200nm。可选地，所述二维硒纳米片的长宽尺寸为10-50nm。可选地，所述二维硒纳米片的长宽尺寸为50-100nm。可选地，所述二维硒纳米片的长宽尺寸为100-200nm。进一步可选地，所述二维硒纳米片的长宽尺寸为30-40nm。进一步可选地，所述二维硒纳米片的长宽尺寸为10-30nm。进一步可选地，所述二维硒纳米片的长宽尺寸为10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm或200nm。本专利技术实施方式中，所述二维硒纳米片的光响应波长范围为500nm以下。具体地，所述二维硒纳米片的光响应波长范围为200-500nm。本专利技术实施方式中，所述基底1的材质包括硅。本专利技术实施方式中，所述基底1的厚度为300-500μm，电阻率为1-10Ω·cm。可选地，所述基底1为p型或n型掺杂的硅片。本专利技术实施例中，所述隔离层2的材质包括二氧化硅。本专利技术实施例中，所述隔离层2的厚度为200-500nm。本专利技术实施例中，所述源极4和漏极5的材质包括金、钛、铝、铬、钨和镍中的至少一种。可选地，所述源极4和漏极5均为由铬层和金层层叠形成的复合电极，其中，所述铬层与所述光吸收层接触，所述铬层的厚度为5-10nm，所述金层的厚度为20-80nm。所述源极4和所述漏极5连接外部电源。可选地，所述源极4和所述漏极5与所述光吸收层3实现接触即可，至于接触的面积不做特殊限定。可选地，所述源极4和所述漏极5中的一部分与所述光吸收层3部分接触，另一部分与所述隔离层2接触。请参照图1，本专利技术实施例中，所述源极和所述漏极之间暴露出的所述光吸收层沿第一方向的长度L为1-10μm，沿第二方向的长度W为1-15μm。其中，所述第一方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于二维硒纳米片的固体光探测器，其特征在于，包括基底、依次设置在所述基底上的隔离层和光吸收层，以及间隔设置在所述光吸收层上的源极和漏极，所述源极和所述漏极之间形成的沟道结构暴露出部分所述光吸收层，所述光吸收层的材料包括二维硒纳米片。

【技术特征摘要】
1.一种基于二维硒纳米片的固体光探测器，其特征在于，包括基底、依次设置在所述基底上的隔离层和光吸收层，以及间隔设置在所述光吸收层上的源极和漏极，所述源极和所述漏极之间形成的沟道结构暴露出部分所述光吸收层，所述光吸收层的材料包括二维硒纳米片。2.如权利要求1所述的固体光探测器，其特征在于，所述二维硒纳米片为晶体结构或无定形结构。3.如权利要求1所述的固体光探测器，其特征在于，所述二维硒纳米片的厚度为1-50nm。4.如权利要求3所述的固体光探测器，其特征在于，所述二维硒纳米片的厚度为3-5nm。5.如权利要求1所述的固体光探测器，其特征在于，所述二维硒纳米片的长宽尺寸为10-200nm。6.如权利要求1所述的固体光探测器，其特征在于，所述源极和所述漏极之间暴露出的所述光吸收层沿第一方向的长度为1-10μm，沿第二方向的长度为1-15μm。7.如权利要求1所述的固体光探测器，其特征在于，所述基底的材质包括硅，所述隔离层的材质包括二氧化硅。8.如权利要求1所述的固体光...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晗，谢中建，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44