本发明专利技术提供了一种基于石墨烯/黑磷/二硫化钼/石墨烯异质结的快速光电探测器，包括基底、第一电极、第二电极、第一石墨烯层、黑磷薄膜层、二硫化钼层和第二石墨烯层，第一电极和第二电极间隔设置在基底的一侧表面，第一电极和第二电极之间形成沟道结构，第一石墨烯层、黑磷薄膜层、二硫化钼层和第二石墨烯层依次层叠设置在沟道结构内，第一电极和第二电极分别与第一石墨烯层和第二石墨烯层接触连接。本发明专利技术提供的光电探测器中设置有石墨烯/黑磷/二硫化钼/石墨烯异质结，可以实现宽波段响应，并且光电探测器的响应速度得到了显著提高，响应速度可以达到微秒级，有利于光电探测器的广泛应用。
Rapid Photodetector Based on graphene / black phosphorus / molybdenum disulfide / graphene heterojunction and its preparation method
【技术实现步骤摘要】
基于石墨烯/黑磷/二硫化钼/石墨烯异质结的快速光电探测器及其制备方法
本专利技术涉及光探测器领域，具体涉及一种基于石墨烯/黑磷/二硫化钼/石墨烯异质结的快速光电探测器及其制备方法。
技术介绍
光电探测器是将光信号转换成电信号的装置。光电探测器用途广泛，涵盖军事和国民经济的各个领域，如在可见光和近红外波段主要用于射线测量和探测、工业自动控制、光度计量等。半导体光电探测器在光纤通信、红外遥感、测量和诊断仪器等领域广泛运用。常规的半导体光电探测器存在响应度低、响应时间慢、探测灵敏度低等问题。例如，基于硅，砷化镓，铟镓砷等半导体材料的传统光电探测器普遍存在响应波段窄，响应灵敏度不够高等问题。又如，二硫化钼光电探测器的响应速度为秒级，越来越无法满足工作需要。因此，进一步开发具有快速光响应的光电探测器对其发展具有重要意义。
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石墨烯/黑磷/二硫化钼/石墨烯异质结的快速光电探测器，通过在光电探测器中设置石墨烯/黑磷/二硫化钼/石墨烯异质结，显著提高光电探测器的响应速度，有利于其广泛应用。第一方面，本专利技术提供了一种基于石墨烯/黑磷/二硫化钼/石墨烯异质结的快速光电探测器，包括基底、第一电极、第二电极、第一石墨烯层、黑磷薄膜层、二硫化钼层和第二石墨烯层，所述第一电极和所述第二电极间隔设置在所述基底的一侧表面，所述第一电极和所述第二电极之间形成沟道结构，所述第一石墨烯层、所述黑磷薄膜层、所述二硫化钼层和所述第二石墨烯层依次层叠设置在所述沟道结构内，所述第一电极和所述第二电极分别与所述第一石墨烯层和所述第二石墨烯层接触连接。在本专利技术中，通过在光电探测器中设置石墨烯/黑磷/二硫化钼/石墨烯异质结，这种结构的器件能有效降低直接与金属电极接触的黑磷/二硫化钼异质结器件中黑磷、二硫化钼分别与金属电极之间存在的势垒，有利于器件中产生载流子的快速收集，同时本专利技术设计的垂直异质结结构极大地减小了器件的沟道长度(即“线宽”)，它的线宽为黑磷/二硫化钼异质结的厚度，以单层黑磷(厚度为～0.5nm)和单层二硫化钼(厚度为～0.6nm)为例，器件的线宽最小可以达到1.1nm，线宽的大小决定了探测器中光生载流子在形成光电流之前需要传输的距离，即决定了响应时间，因此本专利技术设计的光电探测器的响应速度非常快，同时利用石墨烯的宽波段光响应特性实现该异质结器件的宽波段响应。在本专利技术中，基于石墨烯/黑磷/二硫化钼/石墨烯异质结的快速光电探测器的响应速度为微秒级，甚至可以达到纳秒级或皮秒级。在本专利技术中，所述基底可以为柔性基底，也可以为硬质基底。可选的，所述基底的材质包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯和聚二甲基硅氧烷中的至少一种，此时，基底为柔性基底，提高光电探测器的柔性，进一步拓宽光电探测器的应用范围，可以但不限于用于柔性电子领域等。具体的，可以但不限于为所述基底为硅基底、二氧化硅基底、聚对苯二甲酸乙二醇酯基底。在本专利技术中，对所述基底的尺寸不作限定，具体的可以根据实际需要进行选择。在本专利技术中，所述光电探测器的响应速度不小于微秒级。进一步的，所述光电探测器的响应速度不小于纳秒级。更进一步的，所述光电探测器的响应速度为皮秒级。可选的，所述第一电极和所述第二电极的材质包括金、银、铂、铜、铬和钛中的至少一种。在本专利技术中，所述第一电极和所述第二电极的材质可以相同，也可以不同，对此不作限定。进一步的，所述第一电极和所述第二电极包括连接层和金属层，所述连接层与所述基底接触。更进一步的，所述连接层的材质包括铬和/或钛，所述金属层的材质包括金、银、铂和铜中的至少一种。在本专利技术中，连接层除了用于导电，还起到一定的连接作用，使得金属层与基底更好的粘附和连接，提高第一电极和第二电极与基底的结合力。具体的，可以但不限于为所述第一电极和所述第二电极均为铬层和金层层叠形成，所述铬层与所述基底接触，所述铬层的厚度为5nm-10nm，所述金层的厚度为20nm-100nm。可选的，所述第一电极的厚度为25nm-110nm，所述第二电极的厚度为25nm-110nm。可选的，所述第一电极和所述第二电极的间距为1μm-15μm。也就是说，所述第一电极和所述第二电极之间形成沟道结构在第一方向上的尺寸为1μm-15μm。在本专利技术中，所述第一石墨烯层由单层石墨烯组成或多层石墨烯组成，所述黑磷薄膜层由单层黑磷组成或多层黑磷组成，所述二硫化钼层由单层二硫化钼组成或多层二硫化钼组成，所述第二石墨烯层由单层石墨烯组成或多层石墨烯组成。可选的，所述第一石墨烯层的厚度为0.3nm-15nm，所述黑磷薄膜层的厚度为0.5nm-20nm，所述二硫化钼层的厚度为0.6nm-50nm，所述第二石墨烯层的厚度为0.3nm-15nm。可选的，部分所述第一石墨烯层设置在所述第一电极表面，或所述第一石墨烯层设置在所述沟道结构内并与所述第一电极靠近所述第二电极的一端接触连接。也就是说，当部分所述第一石墨烯层设置在所述第一电极表面时，所述第一石墨烯层的部分是直接设置在所述第一电极的表面，即在垂直于所述基底表面的方向上，两者层叠连接，或当所述第一石墨烯层设置在所述沟道结构内并与所述第一电极靠近所述第二电极的一端接触连接时，即在平行于所述基底表面的方向上，所述第一电极和所述第一石墨烯层依次排布并接触连接。可选的，部分所述第二石墨烯层设置在所述第二电极表面，或所述第二石墨烯层设置在所述沟道结构内并与所述第二电极靠近所述第一电极的一端接触连接。也就是说，当部分所述第二石墨烯层设置在所述第二电极表面时，所述第二石墨烯层的部分是直接设置在所述第二电极的表面，即在垂直于所述基底表面的方向上，两者层叠连接，或当所述第二石墨烯层设置在所述沟道结构内并与所述第二电极靠近所述第一电极的一端接触连接时，即在平行于所述基底表面的方向上，所述第二电极和所述第二石墨烯层依次排布并接触连接。进一步的，部分所述第一石墨烯层设置在所述第一电极表面，部分所述第二石墨烯层设置在所述第二电极表面。可选的，所述第一石墨烯层在所述基底上的正投影与所述第二石墨烯层在所述基底上的正投影的重合区域，与所述黑磷薄膜层在所述基底上的正投影面积比为1：(0.2-5)。此时可以更好地使石墨烯/黑磷/二硫化钼/石墨烯异质结发挥作用，提高光电探测器的响应速度。可选的，所述第一石墨烯层在所述基底上的正投影与所述第二石墨烯层在所述基底上的正投影的重合区域，与所述二硫化钼层在所述基底上的正投影面积比为1：(0.2-5)。此时可以更好地使石墨烯/黑磷/二硫化钼/石墨烯异质结发挥作用，提高光电探测器的响应速度。可选的，所述第一石墨烯层在所述基底上的正投影与所述第二石墨烯层在所述基底上的正投影的重合区域，与所述黑磷薄膜层和所述二硫化钼层在所述基底上的正投影完全重叠，有利于提高快速响应。在本专利技术中，所述第一石墨烯层、所述黑磷薄膜层、所述二硫化钼层和所述第二石墨烯层之间通过范德华力连接，形成范德华力异质结，使得光电探测器整体结构稳定。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于石墨烯/黑磷/二硫化钼/石墨烯异质结的快速光电探测器，其特征在于，包括基底、第一电极、第二电极、第一石墨烯层、黑磷薄膜层、二硫化钼层和第二石墨烯层，所述第一电极和所述第二电极间隔设置在所述基底的一侧表面，所述第一电极和所述第二电极之间形成沟道结构，所述第一石墨烯层、所述黑磷薄膜层、所述二硫化钼层和所述第二石墨烯层依次层叠设置在所述沟道结构内，所述第一电极和所述第二电极分别与所述第一石墨烯层和所述第二石墨烯层接触连接。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯/黑磷/二硫化钼/石墨烯异质结的快速光电探测器，其特征在于，包括基底、第一电极、第二电极、第一石墨烯层、黑磷薄膜层、二硫化钼层和第二石墨烯层，所述第一电极和所述第二电极间隔设置在所述基底的一侧表面，所述第一电极和所述第二电极之间形成沟道结构，所述第一石墨烯层、所述黑磷薄膜层、所述二硫化钼层和所述第二石墨烯层依次层叠设置在所述沟道结构内，所述第一电极和所述第二电极分别与所述第一石墨烯层和所述第二石墨烯层接触连接。
2.如权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述第一石墨烯层的厚度为0.3nm-15nm，所述黑磷薄膜层的厚度为0.5nm-20nm，所述二硫化钼层的厚度为0.6nm-50nm，所述第二石墨烯层的厚度为0.3nm-15nm。
3.如权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述第一石墨烯层在所述基底上的正投影与所述第二石墨烯层在所述基底上的正投影的重合区域，与所述黑磷薄膜层在所述基底上的正投影面积比为1：(0.2-5)；所述第一石墨烯层在所述基底上的正投影与所述第二石墨烯层在所述基底上的正投影的重合区域，与所述二硫化钼层在所述基底上的正投影面积比为1：(0.2-5)。
4.如权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述第一石墨烯层在所述基底上的正投影与所述第二石墨烯层在所述基底上的正投影的重合区域，与所述黑磷薄膜层和所述二硫化钼层在所述基底上的正投影完全重叠。
5.如权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述基...
【专利技术属性】
技术研发人员：张晗，高姗，王慧德，郭志男，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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