一种硫化钼钙钛矿复合柔性光探测阵列器件及其制备方法技术

本发明专利技术属于微纳制造与光电子器件相关技术领域，其公开了一种硫化钼钙钛矿复合柔性光探测阵列器件及其制备方法，其制备方法包括以下步骤：(1)采用化学气相沉积工艺制备连续硫化钼薄膜；(2)将连续硫化钼薄膜刻蚀成多个硫化钼薄膜块以形成硫化钼薄膜方形阵列，并在每个硫化钼薄膜块上制备金属对准标记；(3)将所述硫化钼薄膜方形阵列及所述金属对准标记同步转移至柔性基底表面上；(4)在所述硫化钼薄膜的表面制备金属电极，并在所述硫化钼薄膜方形阵列的外侧形成疏水层；(5)将钙钛矿溶液涂覆在所述硫化钼薄膜的表面以形成钙钛矿薄膜阵列，并进行封装，直至制备完成。本发明专利技术提高了质量，灵活性及稳定性较好，响应速度快。

A Composite Flexible Optical Detection Array Device of Molybdenum Perovskite Sulfide and Its Preparation Method

The invention belongs to the field of micro-nano manufacturing and related technology of optoelectronic devices, and discloses a molybdenum sulfide perovskite composite flexible optical detection array device and its preparation method. The preparation method comprises the following steps: (1) preparing continuous molybdenum sulfide film by chemical vapor deposition process; (2) etching continuous molybdenum sulfide film into multiple molybdenum sulfide film blocks to form a square array of molybdenum sulfide film. The metal alignment marks are prepared on each molybdenum sulfide film block; (3) the square arrays of the molybdenum sulfide film and the metal alignment marks are synchronously transferred to the flexible substrate surface; (4) the metal electrodes are prepared on the surface of the molybdenum sulfide film and a hydrophobic layer is formed on the outside of the square arrays of the molybdenum sulfide film; (5) the perovskite solution is coated on the molybdenum sulfide film. Perovskite thin film arrays are formed on the surface and packaged until the preparation is completed. The invention improves the quality, has good flexibility and stability, and has fast response speed.

【技术实现步骤摘要】
一种硫化钼钙钛矿复合柔性光探测阵列器件及其制备方法
本专利技术属于维纳制造与光电子器件相关
，更具体地，涉及一种硫化钼钙钛矿复合柔性光探测阵列器件及其制备方法。
技术介绍
半导体光探测器是通过入射光激发光生载流子，将光信号转变为电信号的一种光电器件，能够分辨光信号的有无、强弱、位置、波段等信息。探测波长根据半导体材料的禁带宽度可以从紫外、可见、一直到近红外和中远红外波段等。半导体探测器无论在军用还是民用领域，均是各类系统中的关键器件，有着无法替代的作用，产品用量极大，范围极广，高性能光探测器的研究与发展具有重要意义。早期光探测器主要是硅基光电二极管，然而工作需要加入昂贵的滤光片，且抗高能辐射的能力较差，期间容易老化，工作时还需要制冷。这些硅基光电二极管无法克服的缺点使得各类新型光探测器件的研究受到重视。有机材料、纳米线、量子点等被尝试用于光探测领域，并取得了较好的效果，然而在光探测效率、响应速度、稳定性等方面仍然存在明显缺陷。近年来以MoS2为代表的过渡金属硫族化合物由于其突出的光学特性和电学特性而受到广泛关注，各种基于二维薄膜碎片的光探测器表现出良好的光响应特性，然而薄膜非常薄，光吸收率也非常低，如此严重限制了性能的提升。而且，这些探测器是由机械剥离碎片构成的单个器件，难以实现面阵型器件的制备和批量生产。此外，随着便携式设备的快速发展，柔性光探测器的需求愈加强烈。相应地，本领域存在着发展一种性能较好的硫化钼钙钛矿复合柔性光探测器件及其制备方法的技术需求。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种硫化钼钙钛矿复合柔性光探测阵列器件及其制备方法，其基于现有光探测器的制备及工作特点，研究及设计了一种性能较好的硫化钼钙钛矿复合柔性光探测阵列器件及其制备方法。本专利技术将硫化钼薄膜与钙钛矿薄膜进行结合以充分利用两者的优异特性，同时形成的异质结能够加快载流子的分离，提高探测器的灵敏度及响应速度，且使得探测器具有较好的稳定性。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种硫化钼钙钛矿复合柔性光探测阵列器件的制备方法，该制备方法主要包括以下步骤：(1)采用化学气相沉积工艺制备连续硫化钼薄膜；(2)采用等离子体将连续硫化钼薄膜刻蚀成多个硫化钼薄膜块以形成硫化钼薄膜方形阵列，并制备金属对准标记；(3)将所述硫化钼薄膜方形阵列及所述金属对准标记同步转移至柔性基底表面上；(4)采用光刻套刻与镀膜工艺在所述硫化钼薄膜的表面制备金属电极，并采用光刻套刻与分子自组装技术在所述硫化钼薄膜方形阵列的外侧形成疏水层；(5)将钙钛矿溶液涂覆在所述硫化钼薄膜的表面以形成钙钛矿薄膜阵列，并进行封装以得到硫化钼钙钛矿复合柔性光探测阵列器件。进一步地，所述硫化钼薄膜方形阵列为m行n列，其中m与n均为介于2～10之间的正整数。进一步地，所述光探测阵列器件形成有多个硫化钼钙钛矿异质结薄膜，所述硫化钼钙钛矿异质结薄膜与所述金属电极相连接。进一步地，所述柔性基底为PET基底、PEN基底及PDMS基底中的一种。进一步地，所述疏水层的材质为三氯十八烷基硅烷或者聚苯乙烯。进一步地，钙钛矿的成分为MPbX3，其中M是MA、FA及Cs中的一种或者几种；X是Cl、Br及I中的一种或者几种。进一步地，所述连续硫化钼薄膜的制备包括以下步骤：(11)在基底上旋涂光刻胶并通过光刻来得到光刻胶图形；(12)采用镀膜工艺在所述基底上沉积一层钼源薄膜，所述钼源薄膜覆盖所述光刻胶图形；(13)去除所述基底上的光刻胶及覆盖所述光刻胶的钼源薄膜以得到图形化钼源薄膜；(14)将所述基底放入高温气氛炉内，并在所述图形化钼源薄膜的上方放置衬底，同时所述高温气氛炉逐渐升温，待所述高温气氛炉内的温度达到钼源升华温度后向所述高温气氛炉内通入硫源气体；接着，所述高温气氛炉进一步加热到预定温度后保温预定时间，并将制得的硫化钼薄膜自所述高温气氛炉内取出，以得到连续的硫化钼薄膜。进一步地，所述基底上形成的硫化钼薄膜为图形化硫化钼薄膜，所述图形化硫化钼薄膜的形状与所述光刻胶图形的形状相一致；所述衬底上形成的硫化钼薄膜为连续硫化钼薄膜。进一步地，所述预定温度为780℃～850℃；所述预定时间为3min～20min；所述衬底与所述基底之间的间隔为0.1mm～2mm。按照本专利技术的另一个方面，提供了一种硫化钼钙钛矿复合柔性光探测阵列器件，所述光探测阵列器件是采用如上所述的硫化钼钙钛矿复合柔性光探测阵列器件的制备方法制备成的。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，本专利技术提供的硫化钼钙钛矿复合柔性光探测阵列器件及其制备方法主要具有以下有益效果：1.将钙钛矿溶液涂覆在所述硫化钼薄膜的表面以形成钙钛矿薄膜阵列，如此将硫化钼薄膜与钙钛矿薄膜结合在一起，充分利用了各自的优异特性，使得可见光的吸收率可以达到95％以上，且形成的异质结能够加快载流子分离，同时能够显著提高探测器的灵敏度及响应速度。2.在所述图形化钼源薄膜的上方平行设置一衬底，所述衬底与所述基底之间形成均匀稳定的反应气氛，如此能够显著提高硫化钼薄膜的质量及面积，且在基底上形成图形化硫化钼薄膜，在衬底上形成连续硫化钼薄膜，提高了生产率及薄膜面积。3.采用镀膜工艺在所述基底上沉积一层钼源薄膜，所述钼源薄膜覆盖所述光刻胶图形，钼源薄膜的厚度为2nm～50nm，采用镀膜工艺严格控制了钼源薄膜的厚度及分布，灵活性较好，易于控制。4.硫化钼薄膜的大面积制备满足了面阵型器件的制备需求，其超薄的结构能够有效附着于柔性基底，并展现出良好的稳定性。附图说明图1是本专利技术较佳实施方式提供的硫化钼钙钛矿复合柔性光探测阵列器件的制备方法的流程图。图2是采用图1中的硫化钼钙钛矿复合柔性光探测阵列器件的制备方法制备得到的光探测阵列器件的单个探测点结构的示意图。图3是采用本专利技术第一实施方式提供的硫化钼钙钛矿复合柔性光探测阵列器件的制备方法制备得到的4×4阵列光探测阵列器件的结构示意图。图4是采用本专利技术第二实施方式提供的硫化钼钙钛矿复合柔性光探测阵列器件的制备方法制备得到的6×6阵列光探测阵列器件的结构示意图。在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-金属电极，2-硫化钼钙钛矿异质结薄膜，3-硫化钼薄膜，4-钙钛矿薄膜。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。请参阅图1及图2，本专利技术较佳实施方式提供的硫化钼钙钛矿复合柔性光探测阵列器件的制备方法主要包括以下步骤：步骤一，采用化学气相沉积工艺制备连续硫化钼薄膜。具体地，所述化学气相沉积方法可以为低压化学气相沉积、常压化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积、金属有机化学气相沉积等，所述硫化钼薄膜的厚度为0.7nm～30nm。所述连续硫化钼薄膜的制备具体包括以下步骤：(1)在基底上旋涂光刻胶并通过光刻来得到光刻胶图形；(2)采用镀膜工艺在所述基底上沉积一层钼源薄膜，所述钼源薄膜覆盖所述光刻胶图形；(3)去除所述基底上的光刻胶及覆盖所述光刻胶的钼源薄膜以得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硫化钼钙钛矿复合柔性光探测阵列器件的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)采用化学气相沉积工艺制备连续硫化钼薄膜；(2)采用等离子体将连续硫化钼薄膜刻蚀成多个硫化钼薄膜块以形成硫化钼薄膜方形阵列，并制备金属对准标记；(3)将所述硫化钼薄膜方形阵列及所述金属对准标记同步转移至柔性基底表面上；(4)采用光刻套刻与镀膜工艺在所述硫化钼薄膜的表面制备金属电极，并采用光刻套刻与分子自组装技术在所述硫化钼薄膜方形阵列的外侧形成疏水层；(5)将钙钛矿溶液涂覆在所述硫化钼薄膜的表面以形成钙钛矿薄膜阵列，并进行封装以得到硫化钼钙钛矿复合柔性光探测阵列器件。

【技术特征摘要】
1.一种硫化钼钙钛矿复合柔性光探测阵列器件的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)采用化学气相沉积工艺制备连续硫化钼薄膜；(2)采用等离子体将连续硫化钼薄膜刻蚀成多个硫化钼薄膜块以形成硫化钼薄膜方形阵列，并制备金属对准标记；(3)将所述硫化钼薄膜方形阵列及所述金属对准标记同步转移至柔性基底表面上；(4)采用光刻套刻与镀膜工艺在所述硫化钼薄膜的表面制备金属电极，并采用光刻套刻与分子自组装技术在所述硫化钼薄膜方形阵列的外侧形成疏水层；(5)将钙钛矿溶液涂覆在所述硫化钼薄膜的表面以形成钙钛矿薄膜阵列，并进行封装以得到硫化钼钙钛矿复合柔性光探测阵列器件。2.如权利要求1所述的硫化钼钙钛矿复合柔性光探测阵列器件的制备方法，其特征在于：所述硫化钼薄膜方形阵列为m行n列，其中m与n均为介于2～10之间的正整数。3.如权利要求1所述的硫化钼钙钛矿复合柔性光探测阵列器件的制备方法，其特征在于：所述光探测阵列器件形成有多个硫化钼钙钛矿异质结薄膜，所述硫化钼钙钛矿异质结薄膜与所述金属电极相连接。4.如权利要求1所述的硫化钼钙钛矿复合柔性光探测阵列器件的制备方法，其特征在于：所述柔性基底为PET基底、PEN基底及PDMS基底中的一种。5.如权利要求1所述的硫化钼钙钛矿复合柔性光探测阵列器件的制备方法，其特征在于：所述疏水层的材质为三氯十八烷基硅烷或者聚苯乙烯。6.如权利要求1-5任一种所述的硫化钼钙钛矿复合柔性光探测阵列器件的制备方法，其特征在于：钙钛矿的成分为MPbX3，其中M是MA、...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖广兰，孙博，王子奕，史铁林，谭先华，刘智勇，刘星月，叶海波，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42