一种基于二硒化钨和IEICO-4F的异质结结构及光电探测器、及其制备制造技术

本发明专利技术公开了一种基于二硒化钨和IEICO

【技术实现步骤摘要】
一种基于二硒化钨和IEICO
‑
4F的异质结结构及光电探测器、及其制备


[0001]本专利技术涉及异质结、基于异质结的光电探测器
，具体涉及一种基于二硒化钨和IEICO
‑
4F(2,2
′‑
((2Z,2
′
Z)
‑
(((4,4,9,9
‑
tetrakis(4
‑
hexylphenyl)
‑
4,9
‑
dihydros
‑ꢀ
indaceno[1,2
‑
b:5,6
‑
b
′
]dithiophene
‑
2,7
‑
diyl)bis(4
‑
((2
‑
ethylhexyl)oxy)thiophene
‑
5,2
‑
di yl))bis(methanylylidene))bis(5,6
‑
difluoro
‑3‑
oxo
‑
2,3
‑
dihydro
‑
1H
‑
indene
‑
2,1
‑
diylidene ))dimalononitrile)的异质结结构及光电探测器、及其制备。

技术介绍

[0002]光电探测器(PDs)作为一种重要的信息感知器件，已成为现代小型化电子工业中的关键部件，在科研、国防和民用等领域有广泛的应用前景。光电探测器的研究和应用在极大程度上促进了社会的进步和发展。基于传统半导体材料如Si、 Ge、In Ga As、In Sb、Hg Cd Te和II型超晶格等的光电探测器已广泛应用于紫外、可见、近红外到远红外等光谱范围。近年来，人工智能、物联网等领域的兴起，对光电信息感知器件的功能提出了更高的要求。然而，传统半导体材料由于其带隙限制、材料刚性以及晶格失配导致不同材料工艺不兼容等因素，难以满足下一代高灵敏、多波段可调控、硅基集成、轻量低成本的智能感知器件的需要。二维材料由于同时具有以下特性：(1)原子级厚度，其载流子浓度、导电类型等特性极易被调控；(2)强的光与物质相互作用特性；(3)柔性可弯曲；(4)表面无悬挂键，易于通过人工堆叠的方法构建各种功能异质结构，已成为下一代电子、光电子器件的候选材料之一。
[0003]过渡金属硫族化合物(TMDCs)是具有广泛应用前景的材料，其具有较大的比表面积、卓越的电化学性能，以及良好的灵活性，保证多功能性。材料性能根据过渡金属和硫属元素两种元素的大小和电荷差异而不同。与其他二维过渡金属硫族化合物相比，硒基材料具有较高的导电性使离子在电极间快速传输。
[0004]作为一种新兴的10族过渡金属硫族化合物的二维材料，二硒化钨(WSe2)材料有着可广泛的带隙可调、高载流子迁移率等优异性能等二维材料共有的特点；同时，WSe2还拥有着自己独特的优秀特性，WSe2材料具有二维层状结构，该结构赋予其具有比容量高、结构稳定、易集成等优点，与通常稳定相的WS2相比，稳定相的WSe2有更高的电荷转移率，成为光电探测器应用的一类新材料。另外，薄膜合成工艺也比较成熟，包括机械剥离法、化学气相沉积法(CVD)、热辅助转化法(TAC)、分子束外延法(MBE)和化学气相传输法(CVT)等。
[0005]因WSe2具有优异的光电特性以及简单的制备，目前有许多基于WSe2构建的光电探测器结构的报道(Tan H.L等，《ACS Nano》，2017年11卷，12817
–
12823)，但存在着响应率不高、可探测波长范围小等问题。

技术实现思路

[0006]针对本领域存在的不足之处，本专利技术提供了一种IEICO
‑
4F/二硒化钨/硅异质结结
构和基于该异质结结构的光电探测器。由该结构组成的光电探测器具有高响应率、高探测率、低暗电流、高稳定性、宽光谱响应等优异特性，这为新一代光电探测器铺平了道路。本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种基于二硒化钨和IEICO
‑
4F的异质结结构，所述异质结结构为IEICO
‑
4F/ 二硒化钨/硅的异质结，包括：
[0008](1)硅层；
[0009](2)在所述的硅层上的二硒化钨层；
[0010](3)在所述的二硒化钨层上的有机半导体IEICO
‑
4F层。
[0011]所述的二硒化钨是二维半导体相的单层结构，厚度约为0.79nm。
[0012]进一步的，所述的有机半导体IEICO
‑
4F层的厚度约为约为2.0～6.0nm；优选4.0～6.0nm。
[0013]本专利技术还提供一种IEICO
‑
4F/二硒化钨/硅的异质结结构的制备方法，包括：
[0014](1)在硅层上制作一层二硒化钨薄膜，形成二硒化钨/硅；
[0015](2)在所述的二硒化钨层上制备一层IEICO
‑
4F薄膜，形成IEICO
‑
4F/二硒化钨/硅异质结结构。
[0016]进一步的，所述的二硒化钨薄膜的制备采用本领域常规的方法如化学气相沉积法(CVD)、热辅助转化法(TAC)、分子束外延法(MBE)和化学气相传输法(CVT) 等方法制备，比如包括：
[0017](1)将200mg WO3粉和150mg Se粉分别放置在管式炉的第一加热温区和第二加热温区中间，将10mm
×
10mm的SiO2/Si硅片衬底放置在WO3粉末前5 mm处；
[0018](2)将管式炉抽真空10min后，引入氩气使管式炉恢复至常压；
[0019](3)在反应过程中，氩气流量保持在100sccm；将第一温区以45℃/min 的升温速率升温至900℃；当第一温区达到450℃时，将第二温区以30℃/min 的升温速率升温至300℃，化学气相沉积反应开始；
[0020](4)由于Se粉的还原性较弱，在化学气相沉积反应开始时需要引入10sccm 的氢气作为辅助气体。
[0021](5)10min后，停止通入氢气并关闭管式炉来完成反应。
[0022]进一步的，所述的IEICO
‑
4F薄膜的制备方法包括：
[0023](1)将一定量的IEICO
‑
4F粉末溶解在一定量的氯仿溶液中，配置成溶度在 0.5g/L
–
1.5g/L范围的溶液；
[0024](2)使用所述的溶液在二硒化钨层上制备IEICO
‑
4F层。
[0025]本专利技术使用旋涂法制备IEICO
‑
4层，也可以使用其他方法，比如印刷等。本专利技术采用控制旋涂含IEICO
‑
4F的氯仿溶液的转速本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于二硒化钨和有机半导体IEICO
‑
4F的异质结结构，其特性在于，所述异质结结构为IEICO
‑
4F/二硒化钨/硅异质结结构，包括：(1)硅层；(2)在所述的硅层上的二硒化钨层；(3)在所述的二硒化钨层上的有机半导体IEICO
‑
4F层。2.根据权利要求1所述的异质结结构，其特征在于，所述二硒化钨层是二维半导体相的单层结构，厚度约为0.79nm。3.根据权利要求1所述的异质结结构，其特征在于，所述IEICO
‑
4F层厚度约为2.0～6.0nm；优选4.0～6.0nm。4.根据权利要求1所述的异质结结构的制备方法，其特征在于，所述制备过程包括：(1)在硅层上制作一层二硒化钨薄膜，形成二硒化钨/硅；(2)在所述的二硒化钨层上制备一层IEICO
‑
4F薄膜，形成IEICO
‑
4F/二硒化钨/硅异质结结构。5.根据权利要求4所述的IEICO
‑
4F薄膜的制备方法包括：(1)将一定量的IEICO
‑
4F粉末溶解在一定量的氯仿液体中，形成的溶液溶度为0.5g/L
...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐明生，陈叶馨，朱清海，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：