MXene/n-Ge高速宽带自供电光电探测器的制作方法及探测器技术

本发明专利技术公开了一种MXene/n

【技术实现步骤摘要】
MXene/n
‑
Ge高速宽带自供电光电探测器的制作方法及探测器


[0001]本专利技术涉及传感器
，具体涉及一种MXene/n
‑
Ge高速宽带自供电光电探测器的制作方法及探测器。

技术介绍

[0002]MXene是二维过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物，通过酸性水溶液刻蚀法制备得到的。作为一种新型的化学性质稳定的环境友好型二维材料，至2011年报道以来，引起了科学界广泛的关注。MXene的化学通式为M
n+1
X
n
T
x
(n＝1,2,3)，M是过渡金属元素(Ti,Nb,Mo,V等)，X是C，N或CN元素，T
x
代表MXene表面衍生的官能团(
‑
OH,＝O,
‑
F)。目前已报道的合成方式主要有水溶液刻蚀法、熔盐刻蚀法、化学气相沉积法(CVD)、电化学刻蚀法和盐溶液声学合成等。由于MXene表面丰富官能团、大的比表面积、优异的透光性、高电导率和功函数可调等特性，使MXene在光电器件领域具有广泛的应用。如锂离子电池、超级电容器、发光二极管、电磁屏蔽和光电探测器等。
[0003]光电探测器是能将光信号转换为电信号的电子器件之一，不同波段工作的光电探测器被广泛的应用在热成像、自动控制、图像传感和通信等领域。从石墨烯这类二维材料被首次发现以来，将新型的二维材料与其他半导体材料结合形成范德华异质结表现出的优异的光电探测性能引起了大量研究者们的兴趣。到目前为止，将MXene与传统半导体结合制备光电探测器的研究少有报道，有人利用喷涂的方法将MXene与GaN结合形成MXene/GaN光电探测器，该器件在355nm光照下获得了284mA/W的响应度，其上升和下降时间为7.55μs和1.67ms。然而，受限于GaN的宽带隙特性，器件无法做到对光的宽带吸收，且采用喷涂的方法制备器件成本昂贵，工艺复杂，器件响应速度较慢。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是：如何提供一种制作简易，制作出来的光电探测器适用于多段光谱响应以及响应时间快的MXene/n
‑
Ge高速宽带自供电光电探测器的制作方法。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种MXene/n
‑
Ge高速宽带自供电光电探测器的制作方法，包括：
[0007]获取Ti3C2T
x
胶体溶液，以及掺有Sb的n
‑
Ge衬底，清除n
‑
Ge衬底表面杂质，然后将Ti3C2T
x
胶体溶液覆在n
‑
Ge衬底上，在室温下干燥至恒重后形成Ti3C2T
x
膜层使得Ti3C2T
x
膜层与n
‑
Ge衬底形成肖特基异质结。
[0008]作为优化，所述Ti3C2T
x
膜层的厚度大致为500
‑
600nm
[0009]作为优化，获取LiF粉末并与HCl溶液进行混合均匀，再获取Ti3AlC2粉末加入到LiF与HCl的混合溶液中，搅拌直至生成Ti3C2T
x
溶液，对Ti3C2T
x
进行洗涤，洗涤后离心去除掉上清液，然后进行冷冻干燥直至恒重，再加入DMF溶液冰浴超声分散制得Ti3C2T
x
胶体溶液。
[0010]作为优化，将Ti3AlC2粉末缓慢加入到LiF与HCl的混合溶液中，并在35
‑
40℃下油浴
搅拌直至生成Ti3C2T
x
溶液。
[0011]作为优化，在对Ti3C2T
x
溶液进行洗涤的时候，先利用去离子水在3500
‑
5000rpm下离心洗涤5
‑
10min，离心结束后去除掉上清液，重复上述过程直至Ti3C2T
x
溶液的ph值满足要求。
[0012]作为优化，在Ti3C2T
x
胶体溶液覆膜前，对n
‑
Ge衬底表面进行清洗，先将n
‑
Ge衬底浸泡在浓度为10
‑
15％的HF溶液中5
‑
10min，取出n
‑
Ge衬底再利用丙酮、甲醇依次超声清洗5
‑
10min，最后利用紫外臭氧清洗15
‑
20min。
[0013]一种MXene/n
‑
Ge高速宽带光电探测器，由上述任意一项所述的MXene/n
‑
Ge高速宽带自供电光电探测器的制作方法制得而成。
[0014]相比现有技术，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术中的MXene/n
‑
Ge高速宽带自供电光电探测器结构简单，工作稳定，检测效果好，响应时间快，精度和可靠性高，还具有体积小、重量轻的优点，另外传感器制作容易，成本低廉。
附图说明
[0015]图1为本专利技术中MXene/n
‑
Ge异质结处于平衡状态下的能带结构图；
[0016]图2为本专利技术中MXene/n
‑
Ge异质结处于光照下的能带结构图；
[0017]图3为本专利技术中MXene/n
‑
Ge和n
‑
Ge的紫外光电子能谱图；
[0018]图4为本专利技术中MXene/n
‑
Ge异质结计算得到的能带结构图；
[0019]图5为本专利技术中不同浓度的Ti3C2T
x
胶体溶液所制备Ti3C2T
x
薄膜厚度对不同波长光的吸收度；
[0020]图6为本专利技术中浓度为0.05mg/ml、0.1mg/ml和0.5mg/ml的Ti3C2T
x
胶体溶液所制备的Ti3C2T
x
/n
‑
Ge异质结I
‑
V特性曲线；
[0021]图7为本专利技术中浓度为1mg/ml、2mg/ml和4mg/ml的Ti3C2T
x
胶体溶液所制备的Ti3C2T
x
/n
‑
Ge异质结I
‑
V特性曲线；
[0022]图8为本专利技术中浓度为0.05mg/ml、0.1mg/ml和0.5mg/ml的Ti3C2T
x
胶体溶液所制备的Ti3C2T
x
/n
‑
Ge异质结在1550nm，1.5mW/cm2光强度下探测器的时间分辨光响应曲线；
[0023]图9为本专利技术中浓度为1mg/ml、2mg/ml和4mg/ml的Ti3C2T
x
胶体溶液所制备的Ti3C2T
x
/n
‑
Ge异质结在1550nm，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MXene/n
‑
Ge高速宽带自供电光电探测器的制作方法，其特征在于：包括：获取Ti3C2T
x
胶体溶液，以及掺有Sb的n
‑
Ge衬底，清除n
‑
Ge衬底表面杂质，然后将Ti3C2T
x
胶体溶液覆在n
‑
Ge衬底上，在室温下干燥至恒重后形成Ti3C2T
x
膜层使得Ti3C2T
x
膜层与n
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Ge衬底形成肖特基异质结。2.根据权利要求1所述的MXene/n
‑
Ge高速宽带自供电光电探测器的制作方法，其特征在于：所述Ti3C2T
x
膜层的厚度500
‑
600nm。3.根据权利要求1所述的MXene/n
‑
Ge高速宽带自供电光电探测器的制作方法，其特征在于：获取LiF粉末并与HCl溶液进行混合均匀，再获取Ti3AlC2粉末加入到LiF与HCl的混合溶液中，搅拌直至生成Ti3C2T
x
，对Ti3C2T
x
进行洗涤，洗涤后离心去除掉上清液，然后进行冷冻干燥直至恒重，再加入DMF溶液冰浴超声分散制得Ti3C2T
x
胶体溶液。4.根据权利要求3所述的MXene/n
‑
Ge高速宽带自供电光电探测器的制作方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯文林，杨晓占，熊郭亮，肖浏，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：