二硫化钼聚四氟乙烯复合光电探测器及其制备方法技术

本发明专利技术属于光电探测器领域，针对现有二硫化钼光电探测器的光响应度低的缺点，本发明专利技术提供了一种聚四氟乙烯与二硫化钼复合的光电探测器的制备方法，通过化学气相沉积法在绝缘硅片上生长二硫化钼，制备二硫化钼光电探测器，旋涂制备聚四氟乙烯薄膜，通过电晕对聚四氟乙烯薄膜极化，最后利用聚甲基丙烯酸甲酯薄膜湿法转移二硫化钼与聚四氟乙烯复合。本发明专利技术显著提高了二硫化钼光电探测器光响应度，制备的光电探测器的性能稳定性好，且操作简便且对制备条件要求不高。条件要求不高。条件要求不高。

【技术实现步骤摘要】
二硫化钼聚四氟乙烯复合光电探测器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及光电探测器领域，具体涉及一种二硫化钼聚四氟乙烯复合光电探测器及其制备方法。

技术介绍

[0002]二维材料全名二维原子晶体材料，其同一平面上的尺寸可以无限延伸具有巨大的表面积，同时因其载流子迁移和热量扩散都被限制在二维平面内，使得这种材料展现出许多奇特的性质。突出的特点是单原子层、高载流子迁移率、线性能谱、强度高等。其带隙可调的特性在场效应管、光电器件、热电器件等领域应用广泛。被认为是未来一类具有革命性的材料。
[0003]其中二维过渡金属二卤化物已显示出作为下一代化合物半导体的巨大潜力。它们结合了各种周期表元素、各种晶体和相结构、纳米厚度、连续旋转堆叠顺序。二硫化钼作为最早研究的半导体之一，二硫化钼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。
[0004]但由于薄层光吸收效率低以及淬灭效应的存在，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。通过物理和化学方法对二硫化钼的光电特性进行调控,不仅可以丰富现有器件的功能,而且对于构筑新型微纳光电器件并发掘二硫化钼全新的物理效应也具有重要的科学意义。
[0005]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
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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。因此，研究如何提高二硫化钼光电探测器的光响应度是十分必要的。

技术实现思路

[0006]为了提高二硫化钼光电探测器的光响应度，本专利技术公开了一种二硫化钼和聚四氟乙烯薄膜复合的光电探测器及其制备方法。
[0007]二硫化钼聚四氟乙烯复合的光电探测器的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)制备二硫化钼薄膜；
[0009](2)旋涂制备聚四氟乙烯薄膜；
[0010](3)通过电晕对聚四氟乙烯薄膜极化，使其长时间储存电荷；
[0011](4)将制备得到的二硫化钼薄膜与聚四氟乙烯薄膜复合，得到二硫化钼聚四氟乙烯复合光电探测器。
[0012]作为优选，所述二硫化钼薄膜制备方法如下：
[0013]运用化学气相沉积CVD方法，在第一绝缘硅片的二氧化硅层上生长二硫化钼薄膜。
[0014]作为优选，所述化学气相沉积CVD方法的工艺为：取三氧化钼粉末放置在管式炉石英管下游，取硫粉放置在管式炉石英管上游，以50℃
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‑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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‑1将硫粉升温至180℃；反应过程中，通入氩气作为载气；反应结束后，将管式加热炉自然冷却至室温。
[0015]作为优选，所述步骤(2)包括以下步骤：在匀胶机上放置第二绝缘硅片，在其表面滴加60wt％的聚四氟乙烯分散液，旋涂转速设置为先低速500r
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‑1，再高速2000r
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‑1，之后放入真空干燥箱中100℃干燥2小时，得到聚四氟乙烯薄膜。
[0016]作为优选，所述步骤(3)中所述电晕极化的具体工艺为：
[0017]将带有聚四氟乙烯薄膜的第二绝缘硅片放置在极化平台上，由高压电源供电，通过铁架台夹持的放电针进行电晕放电，在电木上铺设铜箔纸作为接地电极，通过调整铁架台夹持架使放电针尖端距聚四氟乙烯薄膜2～3cm，缓慢提升高压电源输出电压对聚四氟乙烯薄膜进行充电，充电电压在2kv～6kv。
[0018]作为优选，所述步骤(4)的具体工艺为：
[0019]将金属电极转移到步骤(1)中制得的二硫化钼薄膜上；
[0020]把载有二硫化钼薄膜的第一绝缘硅片放置到匀胶机上，在其表面旋涂聚甲基丙烯酸甲酯溶液，之后加热使聚甲基丙烯酸甲酯成膜；
[0021]用胶带封住第一绝缘硅片的聚甲基丙烯酸甲酯膜边沿，再放置到氢氧化钠溶液中腐蚀掉二氧化硅层，
[0022]将胶带连同粘附在胶带上的聚甲基丙烯酸甲酯薄膜从第一绝缘硅片上撕下，放置到去离子水中清洗；
[0023]将聚甲基丙烯酸甲酯薄膜转移到步骤(3)中制备的带有极化后的聚四氟乙烯薄膜的第二绝缘硅片上，加热去除水分，再放置用丙酮溶液熏蒸以去除聚甲基丙烯酸甲酯，得到聚四氟乙烯薄膜与二硫化钼薄膜复合光电探测器。
[0024]作为优选，在得到的所述聚四氟乙烯薄膜与二硫化钼薄膜复合光电探测器的在所述金属电极上，点上银胶。
[0025]本专利技术还提供一种二硫化钼聚四氟乙烯复合光电探测器，由金属电极、二硫化钼膜、驻极体膜三层复合组成，其中，驻极体膜位于最底层。
[0026]作为优选，所述驻极体膜为极化后的聚四氟乙烯薄膜。
[0027]本专利技术的原理：
[0028]聚四氟乙烯是具有负电性的基底之一，它在化学稳定性和灵活性方面显示出巨大的优势。聚四氟乙烯薄膜具有低表面能，电晕放电产生的离子束轰击聚四氟乙烯薄膜时，部分离子的电荷将沉积于聚四氟乙烯材料内，从而实现对电荷存储。极化后的聚四氟乙烯薄膜再与二硫化钼复合，可以调控二硫化钼电输运性能。并且生长态的二硫化钼中存在大量的硫空位缺陷，形成激子的深能级陷阱，增加了材料中激子的碰撞和复合速率，导致二硫化钼在二氧化硅上的寿命较短。相比之下，聚四氟乙烯可以通过在表面重新排列硫原子来钝化缺陷，以减少现有的硫空位，并消除缺陷介导的非辐射复合的影响，从而延长二硫化钼的寿命。同时，二硫化钼和聚四氟乙烯之间的界面形成能可以降低激子结合能，从而有利于电子
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空穴分离和延长荧光寿命，提升二硫化钼的光电敏感性。
[0029]本专利技术通过引入聚四氟乙烯与二硫化钼复合构筑新的结构，提高二硫化钼光电探
测器光响应度。利用电晕极化后的聚四氟乙烯对二硫化钼的调控，提高二硫化钼总的电荷输运，从而提高响应度。
[0030]本专利技术的有益效果：利用聚四氟乙烯与二硫化钼复合构筑新的结构，操作简便且对制备条件要求不高；通过聚四氟乙烯对二硫化钼的界面调控，显著提高了二硫化钼光电探测器光响应度，光响应度可达到180R(A
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‑1)；聚四氟乙烯对电荷的储存十分稳定，与二硫化钼复合后制备的光电探测器的性能可长时间保持。
附图说明
[0031]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性而非限制性的方式详细描述本专利技术的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.二硫化钼聚四氟乙烯复合光电探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备二硫化钼薄膜；(2)旋涂制备聚四氟乙烯薄膜；(3)通过电晕对聚四氟乙烯薄膜极化，使其长时间储存电荷；(4)将制备得到的二硫化钼薄膜与聚四氟乙烯薄膜复合，得到二硫化钼聚四氟乙烯复合光电探测器。2.如权利要求1所述的二硫化钼聚四氟乙烯复合光电探测器的制备方法，其特征在于，所述二硫化钼薄膜制备方法如下：运用化学气相沉积CVD方法，在第一绝缘硅片的二氧化硅层上生长二硫化钼薄膜。3.如权利要求2所述的二硫化钼聚四氟乙烯复合光电探测器的制备方法，其特征在于，所述化学气相沉积CVD方法的工艺为：取三氧化钼粉末放置在管式炉石英管下游，取硫粉放置在管式炉石英管上游，以50℃
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‑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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‑1将硫粉升温至180℃；反应过程中，通入氩气作为载气；反应结束后，将管式加热炉自然冷却至室温。4.如权利要求1所述的二硫化钼聚四氟乙烯复合光电探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)包括以下步骤：在匀胶机上放置第二绝缘硅片，在其表面滴加60wt％的聚四氟乙烯分散液，旋涂转速设置为先低速500r
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‑1，再高速2000r
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‑1，之后放入真空干燥箱中100℃干燥2小时，得到聚四氟乙烯薄膜。5.如权利要求1所述的二硫化钼聚四氟乙烯复合光电探测器的制备方法，...

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