二硫化钼钛酸钡复合纳米卷光电探测器及其制备方法技术

本发明专利技术属于半导体光电探测技术领域，提供了一种二硫化钼钛酸钡复合材料纳米卷光电探测器及其制作方法，分为以下四步：(1)制备单层二硫化钼薄膜；(2)制备二硫化钼钛酸钡复合材料；(3)制备二硫化钼钛酸钡复合材料纳米卷；(4)制备基于(3)中材料的光电探测器。通过引入钛酸钡纳米颗粒与二硫化钼复合后构筑纳米卷结构，可以显著提升二硫化钼的光响应度，从而得到一种具有高光响应度的光电探测器件。同时该探测器具有良好的环境稳定性，且所用原料绿色环保，所用设备简单，制备容易，成本低廉，易于大规模制备。于大规模制备。于大规模制备。

【技术实现步骤摘要】
二硫化钼钛酸钡复合纳米卷光电探测器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体光电探测
，尤其涉及一种二硫化钼钛酸钡复合纳米卷光电探测器及其制备方法。

技术介绍

[0002]半导体光电探测器早已被成熟应用于广泛的领域之中，并成为现代工业和科学的核心器件品类之一。单层二硫化钼作为一种典型的二维半导体材料以其具备直接带隙且带隙宽度可调、单分子层厚度、以及环境稳定性等特性，在光电探测领域中表现出了非常优异的性能。将二维纳米片转化为一维纳米卷结构，是进一步扩展其在电池、传感、过滤和光催化过程中的应用的一个有前景的方法。一维纳米卷结构不仅保留了其二维基体的优良性能，而且还表现出一维几何排列所带来的新特性。由于其独特的管状结构，与基体纳米片相比，表现出不同寻常的电子、机械和光学性质。由于猝灭效应的存在，但单纯的二硫化钼材料制备的光电探测器具有较低的光响应度，这阻碍了其在光电领域的进一步发展。钛酸钡是一种重要的介电材料，可用于催化和光捕获，其直接带隙约为3.2eV，通过与二硫化钼纳米卷复合可以显著改善二硫化钼的光响应度。本专利技术公开了一种基于二硫化钼钛酸钡复合材料纳米卷光电探测器及其制备方法。通过引入钛酸钡纳米颗粒与二硫化钼纳米卷复合构筑新的结构，提高探测器性能。利用钛酸钡纳米颗粒与光之间的相互作用，提高材料对光的吸收，从而提高响应度。该方法制备的光电探测器具有结构简单，响应度高的优点。
[0003]二硫化钼在可见光波段表现出较强的光致发光效应，然而，由于单层二硫化钼纳米级的厚度，仅能吸收5
‑
10％的可见光，单层二硫化钼材料制备的光电探测器具有较低的光响应度，这限制了它在高性能光电器件上的广泛应用。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的单层二硫化钼光电探测器光响应度低的问题的不足，本专利技术提供一种二硫化钼钛酸钡复合材料纳米卷的光电探测器及其制备方法，通过旋涂法引入钛酸钡纳米颗粒与二硫化钼薄膜复合，再用毛细管力驱动自组装成一维纳米卷轴，最后将金属电极转移到纳米卷轴上形成一维卷轴状的二硫化钼钛酸钡复合材料纳米卷光电探测器。
[0005]本专利技术公开的二硫化钼钛酸钡复合纳米卷光电探测器的制备方法，包括以下步骤：
[0006]步骤(1)制备单层二硫化钼薄膜；
[0007]步骤(2)制备二硫化钼钛酸钡复合材料：将钛酸钡纳米颗粒置于有机挥发溶液中超声处理至均匀分散，在二硫化钼薄膜上旋涂分散液，干燥后得到二硫化钼钛酸钡复合材料；
[0008]步骤(3)制备二硫化钼钛酸钡复合材料纳米卷；
[0009]步骤(4)将金属电极转移到步骤(3)制备得到的二硫化钼钛酸钡复合材料纳米卷上，得到光电探测器。
[0010]作为优选，步骤(3)具体为：
[0011]在步骤(2)制备的二硫化钼钛酸钡复合材料表面滴入碳酸氢钠溶液，加热后，用去离子水冲洗干净，用氮气吹干得到二硫化钼钛酸钡复合材料纳米卷。
[0012]作为优选，所述碳酸氢钠溶液浓度为0.2
‑
1M，所述加热的加热温度为30
‑
70℃，加热时间为5s到90s。
[0013]作为优选，所述步骤(4)具体为：
[0014]用六甲基二硅胺烷熏蒸金属电极，旋涂聚甲基丙烯酸甲酯溶液到金属电极上，
[0015]用聚二甲基硅氧烷使金属电极脱落转移到所述纳米卷上，得到二硫化钼钛酸钡复合材料纳米卷光电探测器。
[0016]作为优选，所述步骤(2)具体为：
[0017]将粒径为100nm的钛酸钡纳米颗粒置于异丙醇溶液中超声处理至均匀分散，分散液浓度为0.1M，
[0018]在二维二硫化钼薄膜上旋涂分散液，旋涂转速500r
·
min
‑1，旋涂时长10s，调高转速至5000r
·
min
‑1，旋涂60s，干燥后得到二硫化钼钛酸钡复合材料。
[0019]作为优选，所述步骤(1)中，制备单层二硫化钼薄膜的方式为：运用化学气相沉积(CVD)方法，在二氧化硅衬底上生长二维二硫化钼薄膜制备单层二硫化钼薄膜。
[0020]作为优选，所述运用化学气相沉积(CVD)方法，在二氧化硅衬底上生长二维二硫化钼薄膜的具体工艺如下：取5mg三氧化钼粉末放置在管式炉石英管下游，取500mg硫粉放置在管式炉石英管上游，以50℃
·
min
‑1的升温速率将三氧化钼的温度提高到900℃，并保持2min，当温度升高到600℃时，以30℃
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min
‑1将硫粉升温至180℃，反应过程中，通入80sccm的氩气作为载气，反应结束后，将管式加热炉自然冷却至室温。
[0021]本专利技术还公开了一种使用上述任意一项二硫化钼钛酸钡复合纳米卷光电探测器的制备方法，所制得的二硫化钼钛酸钡复合纳米卷光电探测器。
[0022]本专利技术还公开了一种基于二硫化钼钛酸钡复合材料纳米卷光电探测器，包括自下而上依次堆叠的绝缘介质层，二硫化钼钛酸钡复合材料纳米卷层，以及彼此间隔设置在所述二硫化钼钛酸钡复合材料纳米卷层上的金属电极。
[0023]本专利技术的技术方案与现有技术相比，有所区别且能够取得下列有益效果：
[0024](1)相比于二硫化钼薄膜光电探测器具有更高的光响应度。通过引入钛酸钡纳米颗粒与二硫化钼薄膜相互作用，构筑新型能带结构的异质结可以有效提高二硫化钼的光电探测能力。基于该异质结的纳米卷轴结构，光可以渗透到卷轴层里，在每一纳米卷层中产生光电流，利用这一特性进一步实现二硫化钼光响应能力的提高。
[0025](2)相比于二硫化钼薄膜光电探测器具有更好的环境稳定性。由于单层二硫化钼薄膜具有较大的比表面积，因此能充分吸附气体分子，这些气体分子会在很大程度上降低二硫化钼的光响应。而一维纳米卷轴结构由于其自封闭性使得内部相比二硫化钼薄膜更加稳定，具有更好的环境稳定性。
[0026](3)用毛细管力驱动材料自组装成纳米卷的方法所用原料绿色环保，所用设备简单，制备容易，成本低廉，易于大规模制备。
[0027](4)现有技术中虽有二硫化钼与钛酸钡复合的先例，但用途为光催化材料，与本专利技术中光电探测
不同。
[0028](5)本专利技术相比现有技术工艺更复杂，引入钛酸钡纳米颗粒与二硫化钼纳米卷复合在光电探测领域暂无先例，本专利技术工艺中必须解决钛酸钡纳米颗粒如何与二硫化钼纳米卷复合的问题，因此提供了旋涂钛酸钡纳米颗粒的工艺方法，引入旋涂工艺本身带来了增益效果。
[0029](6)现有技术中为二维材料卷曲提供驱动力的溶液为乙醇溶液，而本专利技术采用碳酸氢钠溶液等碱性溶液，这是因为引入钛酸钡颗粒后，钛酸钡的大质量阻碍了旋涂钛酸钡颗粒后的二硫化钼薄膜卷起，碳酸氢钠等碱性溶液可以很好的解决这一问题。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，后文将参照附图以示例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.二硫化钼钛酸钡复合纳米卷光电探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)制备单层二硫化钼薄膜；步骤(2)制备二硫化钼钛酸钡复合材料：将钛酸钡纳米颗粒置于有机挥发溶液中超声处理至均匀分散，在二硫化钼薄膜上旋涂分散液，干燥后得到二硫化钼钛酸钡复合材料；步骤(3)制备二硫化钼钛酸钡复合材料纳米卷；步骤(4)将金属电极转移到步骤(3)制备得到的二硫化钼钛酸钡复合材料纳米卷上，得到光电探测器。2.如权利要求1所述的二硫化钼钛酸钡复合纳米卷光电探测器的制备方法，其特征在于，步骤(3)具体为：在步骤(2)制备的二硫化钼钛酸钡复合材料表面滴入碳酸氢钠溶液，加热后，用去离子水冲洗干净，用氮气吹干得到二硫化钼钛酸钡复合材料纳米卷。3.如权利要求2所述的二硫化钼钛酸钡复合纳米卷光电探测器的制备方法，其特征在于，所述碳酸氢钠溶液浓度为0.2
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1M，所述加热的加热温度为30
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70℃，加热时间为5s到90s。4.如权利要求2所述的二硫化钼钛酸钡复合纳米卷光电探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)具体为：用六甲基二硅胺烷熏蒸金属电极，旋涂聚甲基丙烯酸甲酯溶液到金属电极上，用聚二甲基硅氧烷使金属电极脱落转移到所述纳米卷上，得到二硫化钼钛酸钡复合材料纳米卷光电探测器。5.如权利要求2所述的二硫化钼钛酸钡复合纳米卷光电探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)具体为：将粒径为100nm的钛酸钡纳米颗粒置于异丙醇溶液中超声处理至均匀分散，分散液浓度为0.1M，在二维二硫...

【专利技术属性】
技术研发人员：张骐，苏俊，李馨，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：