一种多功能器件及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种多功能器件，包括衬底，薄膜电极，量子点胶体颗粒，金属电极。本发明专利技术在衬底上，通过将带状二维材料薄膜断开，在外加驱动电压作用下，用胶体量子点将断开的薄膜重新连接的方式获得多功能器件，最终形成二维材料薄膜/量子点/二维材料薄膜的特殊平面结构。本发明专利技术提供的多功能器件其功能类似传统的光电二极管，具有很好的整流特性和光电探测性能，本发明专利技术提供的多功能器件与传统半导体光电二极管的区别在于，其性能受温度影响小，并且具有非常高的光电响应。同时，本发明专利技术提供的多功能器件的制备方法工艺简单，对衬底没有选择，而且二维材料薄膜、量子点原材料广泛，制备容易，成本低廉，对环境友好，适合工业化生产。

A Multifunctional Device and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种多功能器件及其制备方法
本专利技术涉及光电探测
，尤其涉及一种多功能器件及其制备方法。
技术介绍
基础电子器件如二极管、光电探测器等是人们生活中常见的必不可少的电子器件。基于传统半导体的电子器件已经无法满足人们日益增长的需求，低维材料和器件正成为当今科学界的尖端领域。其中，石墨烯，单层二硫化钼，寡层黑磷，富勒烯，碳纳米管，碳量子点(CQDs)等低维材料因其优异的物理性能和化学稳定性而获得了广泛的研究。许多复合结构通过物理堆叠方法实现，被广泛研究和制作成原型电子器件，如Grzybowski等(Naturenanotechnology,2016,11(7):603-608.)使用带有电荷的有机配体的官能化金属纳米粒子来制造化学电子学的电路，通过粘附两层不同的带电金属纳米颗粒，创建了一个没有半导体的二极管，开/关比为6。陈等(NanoLetters,2017,17(7):4122-4129.)通过钾离子参杂半边黑磷的上表面，使得该半边呈现P型参杂，另半边本征N型，实现了理想因子为1.007和开/关比为104的p-n同质结二极管。然而，现有技术中这些具有多功能的优秀结构的电子器件制备工艺繁琐，原料成分复杂，而且性能不理想。高开关比以及高光电响应信号的光电探测器具有广泛的需求。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种多功能器件，本专利技术提供的多功能器件具有较高的开关比和光电响应信号。本专利技术提供了一种多功能器件，包括：衬底；设置在所述衬底表面的第一薄膜电极；设置在所述衬底表面的第二薄膜电极；所述第一薄膜电极和第二薄膜电极通过量子点胶体颗粒连接；设置在所述第一薄膜电极表面的部分第一金属电极，所述第一金属电极的另一部分设置在所述衬底表面；设置在所述第二薄膜电极表面的部分第二金属电极，所述第二金属电极的另一部分设置在所述衬底表面。本专利技术对所述衬底的种类和来源没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的衬底即可，如硅衬底、玻璃衬底或塑料衬底，所述硅衬底的材质可以为硅或二氧化硅；所述玻璃衬底的材质可以为石英玻璃；所述塑料衬底优选为柔性有机塑料衬底；所述塑料衬底的材质可以为聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸乙二酯。在本专利技术中，所述第一薄膜电极和第二薄膜电极均设置在所述衬底表面。本专利技术对所述第一薄膜电极和第二薄膜电极的形状和尺寸没有特殊的限制，本领域技术人员可根据实际需要选择合适形状和尺寸的第一薄膜电极和第二薄膜电极。在本专利技术中，所述第一薄膜电极和第二薄膜电极的形状优选为矩形，所述第一薄膜电极和第二薄膜电极间隔设置在所述衬底表面，所述第一薄膜电极和第二薄膜电极优选左右对称分布在所述衬底表面。在本专利技术中，所述第一薄膜电极和第二薄膜电极之间的最短距离优选为5～30微米，更优选为10～25微米，最优选为15～20微米。二维材料自从被发现以来一直是科研前沿材料之一，以石墨烯为例，石墨烯有着许多独特的性能，比如超高的载流子迁移率，极低的载流子浓度，杨氏模量大，透光率好，比表面积大，易于与其它化学集团组装等。而自从化学气相沉积生长单层石墨烯的方法问世之后，对石墨烯的研究更加广泛，也使得石墨烯能够与应用走得更近。在本专利技术中，所述第一薄膜电极和第二薄膜电极优选为带状二维材料薄膜电极；本专利技术对所述二维材料的种类没有特殊的限制，本领域技术人员可根据所需多功能器件的性能选择不同的二维材料，所述二维材料薄膜电极优选为单层结构的薄膜电极；所述二维材料优选为石墨烯或单层二硫化钼。量子点胶体颗粒是一种非常好的荧光材料，并且环境友好，制备简单。在本专利技术中，所述第一薄膜电极和第二薄膜电极通过量子点胶体颗粒分隔，也可以说通过量子点胶体颗粒连接。在本专利技术中，所述量子点胶体颗粒优选为带电量子点胶体颗粒。本专利技术对所述量子点胶体颗粒的种类没有特殊的限制，本领域技术人员可根据所需多功能器件的性能选择不同的量子点胶体颗粒；所述量子点胶体颗粒优选为碳量子点胶体颗粒或金量子点胶体颗粒。本专利技术提供的多功能器件具有独特的结构，将二维材料薄膜与另一种量子点材料组装在一起，获得一个性能优良的全新多功能器件。在本专利技术中，所述第一金属电极部分设置在所述第一薄膜电极表面，另一部分设置在所述衬底表面，所述第一薄膜电极位于衬底和第一金属电极之间；所述第二金属电极部分设置在所述第二薄膜电极表面，另一部分设置在所述衬底表面，所述第二薄膜电极位于衬底和第二金属电极之间；所述第一金属电极、第一薄膜电极和衬底之间均接触；所述第二金属电极、第二薄膜电极和衬底之间均接触；所述第一薄膜电极的部分底面和衬底接触，所述第一薄膜电极的部分表面和第一金属电极的部分底面接触，所述第一金属电极的另一部分底面和衬底接触；所述第二薄膜电极的部分底面和衬底接触，所述第二薄膜电极的部分表面和第二金属电极的部分底面接触，所述第二金属电极的另一部分底面和衬底接触。本专利技术对所述第一金属电极和第二金属电极的尺寸和形状没有特殊的限制，本领域技术人员可根据实际需要选择合适形状和尺寸的第一金属电极和第二金属电极，所述第一金属电极和第二金属电极优选为矩形，所述第一金属电极优选设置在所述第一薄膜电极表面边缘，所述第一金属电极超出第一薄膜电极表面的部分与衬底表面接触；所述第二金属电极优选设置在所述第二薄膜电极表面边缘，所述第二金属电极超出第二薄膜电极表面的部分与衬底表面接触。在本专利技术中，所述第一金属电极和第二金属电极的厚度优选为80～120nm，更优选为90～110nm，最优选为100nm。本专利技术对所述第一金属电极和第二金属电极的材质没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的金属电极即可，如金电极、银电极或铜电极。本专利技术实施例提供的多功能器件的结构示意图如图1所示，图1中(a)为侧视图，(b)为俯视图，包括：衬底(1)；化学气相沉积在衬底(1)表面左右两边的两个二维材料薄膜电极(3)；设置在两个二维材料薄膜电极表面的部分金属电极(2)，金属电极(2)的另一部分设置在衬底(1)表面；设置在两个二维材料薄膜电极之间的量子点胶体颗粒(4)。在本专利技术中，所述衬底上可以设置多组包括两个二维薄膜电极(3)，金属电极(2)和量子点胶体颗粒(4)的组件，这些组件可平行排列，如图1中的b所示。本专利技术提供了一种上述技术方案所述的多功能器件的制备方法，包括：在衬底表面制备互不接触的第一薄膜电极和第二薄膜电极；采用外加电场通过量子点胶体颗粒溶液将所述第一薄膜电极和第二薄膜电极连通；在所述第一薄膜电极和衬底表面设置第一金属电极；在所述第二薄膜电极和衬底表面设置第二金属电极。在本专利技术中，所述衬底、第一薄膜电极、第二薄膜电极、量子点胶体颗粒、第一金属电极和第二金属电极的材质和结构与上述技术方案所述的衬底、第一薄膜电极、第二薄膜电极、量子点胶体颗粒、第一金属电极和第二金属电极的材质和结构一致，在此不再赘述。本专利技术对所述第一薄膜电极和第二薄膜电极的制备方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的二维材料的制备方法制备得到即可，如可采用低压化学气相沉积法、机械剥离法、碳化硅高温热解法制备得到石墨烯，然后将石墨烯刻蚀成所需的电极形状；或者采用双温区化学气相沉积法制备得到二硫化钼薄膜。本专利技术优选采用湿法转移将所述第一薄膜电极和第二薄膜电极转移至衬底表面。在本专利技术中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多功能器件，包括：衬底；设置在所述衬底表面的第一薄膜电极；设置在所述衬底表面的第二薄膜电极；所述第一薄膜电极和第二薄膜电极通过量子点胶体颗粒连接；设置在所述第一薄膜电极表面的部分第一金属电极，所述第一金属电极的另一部分设置在所述衬底表面；设置在所述第二薄膜电极表面的部分第二金属电极，所述第二金属电极的另一部分设置在所述衬底表面。

【技术特征摘要】
1.一种多功能器件，包括：衬底；设置在所述衬底表面的第一薄膜电极；设置在所述衬底表面的第二薄膜电极；所述第一薄膜电极和第二薄膜电极通过量子点胶体颗粒连接；设置在所述第一薄膜电极表面的部分第一金属电极，所述第一金属电极的另一部分设置在所述衬底表面；设置在所述第二薄膜电极表面的部分第二金属电极，所述第二金属电极的另一部分设置在所述衬底表面。2.根据权利要求1所述的多功能器件，其特征在于，所述第一薄膜电极和第二薄膜电极的材质选自二维材料。3.根据权利要求2所述的多功能器件，其特征在于，所述二维材料选自石墨烯或单层二硫化钼。4.根据权利要求1所述的多功能器件，其特征在于，所述第一薄膜电极和第二薄膜电极之间的最短距离为5～30微米。5.根据权利要求1所述的多功能器件，其特征在于，所述衬...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆亚林，刘宇，王建林，傅正平，殷小丰，李晓宁，杨萌萌，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34