一种基于单层MoS制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于单层MoS

A single layer MoS based

【技术实现步骤摘要】
一种基于单层MoS2薄膜/GaN纳米柱阵列的自供电紫外探测器
本技术属于紫外探测器领域，具体涉及一种基于单层MoS2薄膜/GaN纳米柱阵列的自供电紫外探测器。
技术介绍
紫外探测技术在火焰探测、臭氧层空洞监测、紫外通信、国防预警与跟踪等军事及民用设施领域中具有广泛应用。在电子设备高度集成化的今天，紫外探测器作为重要的光电转换器件，其结构的微型化、可集成化成了发展的必然趋势。第三代宽带隙半导体材料GaN，禁带宽度为3.4eV，是一种理想的紫外探测器原材料；为了进一步减小成本和体积、提高性能，从而达到光电集成化应用的程度，近年来，使用一维纳米结构GaN作为紫外探测器成为了研究热门。一维GaN纳米结构紫外探测器优势表现为：其晶体质量是优于薄膜的，因为一维纳米结构是几乎完全弛豫的，能够有效减少穿透到纳米棒顶端的位错，有助于减少缺陷，提高晶体质量；此外，一维GaN纳米结构在很大程度上増加了材料的侧壁面积，从而增加了光子逃逸/吸收角度，有效的提高了光发射/吸收，从而提高了探测器性能。然而要使得这种纳米光电集成系统，即多个纳米器件集成成为可能，这些纳米器件必须是自给自足的，也就是说，不需要外部电源供给其工作，因为外部电源会大大增加了器件系统的尺寸和重量。克服这个问题的关键是采用自供电紫外探测器。它是利用器件结构中的光伏效应（PV），即在光照下产生半导体中的电子−空穴对，并在器件本身p-n结、肖特基结或异质结形成的内建电场作用下进行有效的分离，产生光电流，在这种情况下，该装置被分类为PV（或自供电）光电探测器。目前，基于p-n结、肖特基结的GaN自供电紫外探测器已经有很多研究报道，然而此类自供电紫外探测器的自供电光电响应性能都有待提高。因此，为了获得高性能的基于异质结的自供电紫外探测器[Bie,Y.,Liao,Z.,Zhang,H.,Li,G.,Ye,Y.,Zhou,Y.,Xu,J.,Qin,Z.,Dai,L.andYu,D.,Self‐Powered,Ultrafast,Visible‐BlindUVDetectionandOpticalLogicalOperationbasedonZnO/GaNNanoscalep‐nJunctions.AdvancedMaterials,23(2011)649-653.doi:10.1002/adma.201003156]，构造晶格和能带相匹配的两种不同材料的的异质结是非常重要的。类石墨烯的二维层状材料作为一个新兴纳米材料体系，在各种工作在不同光谱区域的光电探测器中得到广泛应用，二硫化钼（MoS2）是目前研究最热门的二维层状材料，单层MoS2薄膜是一种新型二维半导体材料，其二维结构的量子限域特性以及强束缚激子，使得其光吸收性能十分优异，文献报道在可见光波段的吸收系数高达5×107m-1；此外，单层MoS2薄膜具有极高的电子迁移率和超快速的光电响应，这些使其非常适宜制备光电探测器。但目前将其和一维GaN纳米结构结合的紫外探测器研究报道并无，因此有着巨大的发展前景。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点和不足，本技术的目的在于提供一种基于单层MoS2薄膜/GaN纳米柱阵列的自供电紫外探测器。本技术的目的至少通过如下技术方案之一实现。一种基于单层MoS2薄膜/GaN纳米柱阵列的自供电紫外探测器，自下至上依次包括衬底、GaN纳米柱阵列、单层MoS2薄膜；所述单层MoS2薄膜自支撑在所述GaN纳米柱阵列顶部上；所述单层MoS2薄膜上设有第一金属电极；所述GaN纳米柱阵列的底端处设有第二金属电极。进一步地，所述衬底的厚度为400~450μm，所述衬底选自蓝宝石、Si或ScAlMgO4。进一步地，所述GaN纳米柱阵列中GaN纳米柱的长度为350~450nm，直径为50~75nm；所述GaN纳米柱阵列中的GaN纳米柱与衬底之间的GaN合并膜的厚度为4~8nm；所述GaN纳米柱阵列上GaN纳米柱的密度为5.0×109~10.0×109/cm2。进一步地，所述单层MoS2薄膜的厚度为1-2nm。进一步地，所述第一金属电极和第二金属电极均为从下往上依次层叠的Ni金属层和Au金属层；所述Ni金属层和Au金属层的厚度分别为30~40nm和80~100nm。进一步地，所述第一金属电极和第二金属电极的长度均为200~220μm，宽度均为60~80μm；所述第一金属电极和第二金属电极的间距为140~160μm。以上所述的一种基于单层MoS2薄膜/GaN纳米柱阵列的自供电紫外探测器的制备方法，包括如下步骤：（1）将衬底进行清洗处理，除去表面残留物后置于射频辅助分子束外延设备（PA-MBE）中，在衬底表面生长出GaN纳米柱阵列，形成GaN纳米柱阵列/衬底结构；（2）在步骤（1）所得GaN纳米柱阵列/衬底结构上利用旋涂湿法转移工艺将单层MoS2薄膜转移至GaN纳米柱阵列顶部，并进行转移后的清洗、烘干，形成单层MoS2薄膜/GaN纳米柱阵列/衬底结构；（3）对步骤（2）所得单层MoS2薄膜/GaN纳米柱阵列/衬底结构进行光刻图形化处理，接着进行反应等离子刻蚀去除第二金属电极所在位置的纳米柱，去胶，得到图形化单层MoS2薄膜/GaN纳米柱阵列/衬底结构，目的是为了沉积和GaN纳米柱底端接触的第二金属电极；（4）对步骤（3）所得图形化单层MoS2薄膜/GaN纳米柱阵列/衬底结构进行光刻处理，接着利用电子束蒸发镀膜系统在单层MoS2薄膜上以及GaN纳米柱阵列的底端蒸镀形成第一金属层和第二金属层，去胶，得到所述基于单层MoS2薄膜/GaN纳米柱阵列的自供电紫外探测器。进一步地，步骤（1）中在衬底表面生长出GaN纳米柱阵列的工艺条件为：利用机械泵及分子泵抽真空至生长腔体内压力维持为1×10-9~2×10-9Torr，并加热至880~900℃进行退火处理20~30min，以去除表面残留物；接着将衬底温度升至970~990℃，衬底基片的转速为8~10rpm，用离子束等效压力（BEP）对Ga的束流进行了精确的测定；然后通入N2等离子体对衬底进行氮化处理，时间为4~5min，N2流量设为2.5~3.0sccm，射频等离子体功率为390~400W；接着开启Ga源束流，Ga-BEP设定为7.0~8.0×10-8Torr，N2流量设为2.0~2.2sccm，射频等离子体功率为360~380W，总生长时间为3.0~3.2h。进一步地，步骤（2）中，单层MoS2薄膜转移至GaN纳米柱阵列顶部的旋涂湿法转移工艺为：对一般CVD工艺生长在二氧化硅/硅衬底表面的单层MoS2薄膜用PMMA溶液旋涂覆25~30s，转速为3500~4000rpm，烘干，形成PMMA/单层MoS2薄膜/二氧化硅/硅衬底结构；接着将所述PMMA/单层MoS2薄膜/二氧化硅/硅衬底结构溶于B.O.E缓冲蚀刻液（49%HF水溶液：40%NH4F水溶液=1：6~7（体积比））中10~12min刻蚀二氧化硅，使得PMMA/单层MoS2薄膜层剥离下；然后将PMMA/单层M本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于单层MoS

【技术特征摘要】
1.一种基于单层MoS2薄膜/GaN纳米柱阵列的自供电紫外探测器，其特征在于，自下至上依次包括衬底（1）、GaN纳米柱阵列（2）、单层MoS2薄膜（3）；所述单层MoS2薄膜（3）自支撑在所述GaN纳米柱阵列（2）顶部上；所述单层MoS2薄膜上设有第一金属电极（4）；所述GaN纳米柱阵列的底端处设有第二金属电极（5）。


2.根据权利要求1所述的一种基于单层MoS2薄膜/GaN纳米柱阵列的自供电紫外探测器，其特征在于，所述衬底（1）的厚度为400~450μm。


3.根据权利要求1所述的一种基于单层MoS2薄膜/GaN纳米柱阵列的自供电紫外探测器，其特征在于，所述衬底选自蓝宝石、Si或ScAlMgO4。


4.根据权利要求1所述的一种基于单层MoS2薄膜/GaN纳米柱阵列的自供电紫外探测器，其特征在于，所述GaN纳米柱阵列（2）中GaN纳米柱的长度为350~450nm，直径为50~75nm。


5.根据权利要求1所述的一种基于单层MoS2薄膜/GaN纳米柱阵列的自供电紫外探测器，其特征在于，所述GaN纳米柱阵列中的GaN纳米柱与衬底之间的GaN合并膜的厚度为4~8nm。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国强，郑昱林，王文樑，唐鑫，柴吉星，孔德麒，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东;44