一种柔性二维TMDs光电探测器的制备方法技术

本发明专利技术涉及光电子技术领域，公开了一种柔性二维TMDs光电探测器的制备方法。所述方法包括如下步骤：首先采用CVD法在生长衬底上制备出二维TMDs薄膜；接着在生长衬底上旋涂一层PI溶液并加热固化形成PI固体薄膜。将固化后的PI薄膜从生长衬底上撕下，二维TMDs薄膜与生长衬底分离并贴附在PI薄膜上；最后采用真空热蒸发镀膜法,在粘贴有二维TMDs薄膜的柔性PI基底上制备图形化的金属电极。本发明专利技术提出了一种制备柔性二维TMDs光电探测器的新方法，该方法简化了二维TMDs光电探测器制备过程中的二维TMDs材料转移工艺，保证了转移前后二维TMDs材料的完整性及均匀性，具有环境友好性。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性二维TMDs光电探测器的制备方法
本专利技术涉及光电子
，具体涉及一种柔性二维TMDs光电探测器的制备方法。
技术介绍
基于摩尔定律，现代电子器件上所用半导体材料已经延伸到尺寸更小的二维材料上。从2004年石墨烯被发现以来，二维材料以其优越的物理化学性能，受到研究者们的普遍关注。石墨烯材料具有超高的电子迁移率，但是其零带隙限制了它在电子器件上的应用。TMDs材料具有与石墨烯相似的层状结构，体相的TMDs材料属于间接带隙半导体，随着其层数不断减少至单层时，会从间接带隙转变为直接带隙结构。目前商业化的光电探测器往往需要采用硅、锗等较厚的块体材料作为光探测元件以获得较大的光电响应度。然而，块体材料光电探测器在使用过程中易碎裂，不能完全满足下一代光电子器件对柔性化、轻量化、优异的移植性、大面积兼容性等方面的需求。TMDs材料机械性能良好，为柔性可穿戴器件提供了新的可能性。聚酰亚胺(PI)目前是半导体和微电子工业中应用最为广泛的高分子材料之一，其具有很好的热稳定性、优异的机械性能(强度高、膨胀系数低、耐磨耐老化)、电性能(介电常数低、漏电低)等。由于单层TMDs材料的厚度不到1nm,因此在制备TMDs薄膜柔性光电探测器过程中，现有技术需要先将PMMA溶液旋涂在生长衬底上，固化形成PMMA薄膜，再将PMMA薄膜从生长衬底撕下，此时二维TMDs薄膜将与生长衬底分离并贴附在PMMA薄膜上，最后将粘附有TMDs材料的PMMA薄膜粘贴在器件衬底上，并用丙酮溶解PMMA转移支撑层。Byungjin等人提出TMDs薄膜的转移如下：首先在生长衬底上旋涂有机溶剂PMMA，在生长衬底表面固化形成PMMA薄膜，然后采用PMMA薄膜作为转移支撑层，将粘贴有TMDs薄膜的PMMA转移支撑层从生长衬底撕下，再将PMMA转移支撑层贴附至PI衬底上，最后采用丙酮溶解PMMA转移支撑层。参见ByungjinC,JongwonY,SungL,etal.MetalDecorationEffectsontheGas-SensingPropertiesof2DHybrid-StructuresonFlexibleSubstrates[J].Sensors,2015,15(10):24903-24913.但该工艺在溶解PMMA转移支撑层过程中易在TMDs薄膜表面留下杂质，丙酮若过量将会少量溶解TMDs薄膜，对薄膜的均匀性以及完整性造成破坏；并且该工艺十分复杂，需要转移两次才能将生长衬底上的二维TMDs薄膜转移至柔性衬底上。
技术实现思路
：为了解决现有技术易对薄膜的均匀性以及完整性造成破坏，同时制备方法复杂的问题，本专利技术提供了一种柔性二维TMDs光电探测器的制备方法。为了达到本专利技术的目的，本专利技术提供了一种柔性二维TMDs光电探测器的制备方法，包括下述步骤：1)、采用CVD法生长出二维TMDs薄膜；2)、将生长有二维TMDs薄膜的衬底放置在加热台上预热，加热台温度设定50～80℃，预热时间2～4min；3)、将PI溶液滴于生长衬底表面，将生长衬底放置在匀胶机上进行旋涂，匀胶机转速设定为1000～2000rpm，时间为10～40s；4)、将步骤3)所得生长衬底放置在真空加热台中固化，真空加热台温度设定为120～160℃，真空度10pa，保温时间10～20min，生长衬底表面会形成棕黄色的PI固体薄膜；5)、用镊子将PI薄膜从生长衬底表面撕下，二维TMDs薄膜从生长衬底转移到柔性PI薄膜上；6)、采用真空热蒸发镀膜法，以铜网为掩膜版在粘贴有二维TMDs薄膜的柔性PI衬底上制备图形化的金属电极。上述步骤2)中生长衬底的预热温度50～80℃，预热时间2～4min。上述步骤3)匀胶机转速为1000～2000rpm，时间为10～40s。上述步骤6)中以铜网为硬质掩膜版，所用的铜网肋宽为20～30μm，在显微镜下将铜网覆盖在黏贴有TMDs薄膜的柔性PI衬底上，并用高温胶带将其四周紧贴于衬底表面，最后采用真空热蒸发镀膜工艺，在衬底表面依次蒸镀10nm厚的金属Cr和50nm厚的金属Au。与现有技术相比，本专利技术的优点：1、本专利技术首次提出二维TMDs材料向柔性衬底的一步法转移技术，直接将PI溶液旋涂在生长衬底上，固化形成PI薄膜，再将PI薄膜从生长衬底撕下，此时二维TMDs薄膜将与生长衬底分离并贴附在PI薄膜上，该PI薄膜既是TMDs材料的转移支撑层又是柔性衬底，避免了现有转移技术中所产生的污染和缺陷，保证了转移前后二维TMDs材料的完整性及均匀性。2、本专利技术方法不需要再将贴附有TMDS材料的PMMA转移支撑层贴附至器件衬底，不需要采用丙酮溶解PMMA转移支撑层，具有环境友好性。3、本专利技术方法直接将二维TMDs材料转移至柔性器件衬底，简化了柔性二维TMDs光电探测器的制备工艺。附图说明图1：转移流程图；图2：案例1中MoS2薄膜柔性光电探测器制备视图；其中：(a)生长在蓝宝石衬底上的MoS2薄膜光学显微镜图；(b)MoS2薄膜转移至PI衬底上的光学显微镜图；(c)MoS2薄膜柔性光电探测器的光学显微镜图；(d)MoS2薄膜柔性光电探测器的实物图。图3：案例1中MoS2薄膜的拉曼光谱图；图4：案例1中MoS2薄膜柔性光电探测器的光电特性；其中：(a)不同光照功率下的I-V特性；(b)不同光照功率下的I-t曲线。图5：案例2中WS2薄膜柔性光电探测器制备视图；其中：(a)生长在蓝宝石上的WS2薄膜光学显微镜图；(b)WS2薄膜转移至PI衬底上的光学显微镜图；(c)WS2薄膜柔性光电探测器的光学显微镜图；(d)WS2薄膜柔性光电探测器的实物图。图6：案例2中WS2薄膜的拉曼光谱图；图7：案例2中WS2薄膜柔性光电探测器的光电特性；其中：(a)不同光照功率下的I-V特性；(b)不同光照功率下的I-t曲线。具体实施方式：下面将结合附图和实施例对本专利技术做详细地描述。实施例1：一种柔性二维TMDs光电探测器的制备方法，包括以下步骤：一、采用CVD法在蓝宝石衬底上生长出二维MoS2薄膜。图2(a)是生长在蓝宝石衬底上的MoS2薄膜的光学显微镜图，图3为该样品的拉曼光谱图，由图3可知A1g与E2g1的差值19.128cm-1，故该MoS2薄膜为单层。二、将表面生长有二维MoS2薄膜的生长衬底(15*5mm)放置加热台上预热，加热台温度设定60℃，预热时间2min；三、取1ml聚酰亚胺(PI)溶液，将PI溶液滴于生长衬底表面，将衬底放置在匀胶机上进行旋涂，匀胶机转速设定为1000rpm，时间为10s；四、将步骤三旋涂了PI溶液的生长衬底放置在真空加热台中固化，真空加热台温度设定为120℃，真空度10pa，保温时间10min本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性二维TMDs光电探测器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：/n1)、采用CVD法生长出二维TMDs薄膜；/n2)、将生长有二维TMDs薄膜的衬底放置在加热台上预热，加热台温度设定50～80℃，预热时间2～4min；/n3)、将PI溶液滴于生长衬底表面，将生长衬底放置在匀胶机上进行旋涂，匀胶机转速设定为1000～2000rpm，时间为10～40s；/n4)、将步骤3)所得生长衬底放置在真空加热台中固化，真空加热台温度设定为120～160℃，真空度10pa，保温时间10～20min，生长衬底表面会形成棕黄色的PI固体薄膜；/n5)、用镊子将PI薄膜从生长衬底表面撕下，二维TMDs薄膜从生长衬底转移到柔性PI薄膜上；/n6)、采用真空热蒸发镀膜法，以铜网为掩膜版在粘贴有二维TMDs薄膜的柔性PI衬底上制备图形化的金属电极。/n

【技术特征摘要】
1.一种柔性二维TMDs光电探测器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)、采用CVD法生长出二维TMDs薄膜；
2)、将生长有二维TMDs薄膜的衬底放置在加热台上预热，加热台温度设定50～80℃，预热时间2～4min；
3)、将PI溶液滴于生长衬底表面，将生长衬底放置在匀胶机上进行旋涂，匀胶机转速设定为1000～2000rpm，时间为10～40s；
4)、将步骤3)所得生长衬底放置在真空加热台中固化，真空加热台温度设定为120～160℃，真空度10pa，保温时间10～20min，生长衬底表面会形成棕黄色的PI固体薄膜；
5)、用镊子将PI薄膜从生长衬底表面撕下，二维TMDs薄膜从生长衬底转移到柔性PI薄膜上；
6)、采用真空热蒸发镀膜法，以铜网为掩膜版在粘贴有二维TMDs薄膜的柔性...

【专利技术属性】
技术研发人员：坚佳莹，白泽文，龙伟，常洪龙，坚增运，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61