一种自供电的偏振敏感型光电探测器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种自供电的偏振敏感型光电探测器及其制备方法，方法包括：微机械剥离法制备二维P

【技术实现步骤摘要】
一种自供电的偏振敏感型光电探测器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及光电探测器制备
，具体涉及一种自供电的偏振敏感型光电探测器及其制备方法。

技术介绍

[0002]在信息技术的快速发展背景下，光电探测器已经深入到我们生活的方方面面，例如，通信、医学诊断、夜视和遥感技术等。然而，由于传统的光电探测器只能提供简单的光谱信息，在隐蔽的背景下，很难精确的识别目标。具有偏振成像能力的光电探测器可以在复杂的环境中，实现精准的目标识别。偏振敏感光探测技术的核心为根据材料的晶体取向来构筑器件。
[0003]到目前为止，偏振敏感的光探测器多数都是通过在光探测器件前施加偏振器的方法来实现的。在纳米技术的飞速发展下，缩小光探测器的尺寸并在小体积范围内实现光偏振方向的操纵至关重要。之前报道的基于一维纳米线实现偏振敏感光探测器需要复杂的器件图案化，提升了器件制备的难度；而且，一维材料不均匀的纵横比限制了器件制备的多样化。
[0004]近年来，新型的面内各向异性二维材料（例如：黑磷、ReS2等）的兴起为性能优异的偏振敏感型光探测器件的制备提供了可能。然而，由于较低的光吸收系数、偏振敏感度和空气稳定性，这类器件的综合性能仍距离实际应用较远。此外，一些偏振敏感型光电探测器需要在恶劣危险的环境中长期工作。因此，高性能自供电的偏振敏感型光电探测器急需研究开发。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的上述问题，实现高性能自供电的偏振敏感型光电探测器的构筑，本专利技术提出一种自供电的偏振敏感型光电探测器及其制备方法，该自供电的偏振敏感型光电探测器是基于二维P
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GeAs2范德华异质结实现的高性能自供电的偏振敏感型光电探测器，其制备方法包括以下步骤：（1）采用化学气相输运法制备WS2单晶和GeAs2单晶；（2）将单抛氧化硅片切割成小块体，清洗吹干后，作为备用的氧化硅衬底；并采用紫外光刻技术和电子束蒸镀技术在上述氧化硅衬底上制备数字标记的Mark图案，得到带有Mark标记的氧化硅衬底；（3）基于所述WS2单晶和GeAs2单晶，采用微机械剥离法将剥离的二维WS2纳米片和GeAs2纳米片粘在PDMS衬底上；（4）将PDMS衬底上的二维WS2纳米片手动转移到带有Mark标记的氧化硅衬底上；（5）利用二维材料转移平台，通过定点转移的方法制备二维P
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GeAs2范德华异质结：首先，通过显微聚焦系统分别找到带有Mark标记的氧化硅衬底上的二维WS2纳米
片和PDMS衬底上的GeAs2纳米片，并将二维GeAs2纳米片移动至二维WS2纳米片的正上方；随后，将带有二维GeAs2纳米片的PDMS衬底缓慢降低，直至二维GeAs2纳米片部分贴合在二维WS2纳米片上，形成二维P
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GeAs2范德华异质结；（6）采用热丙酮溶液浸泡或者退火的方式去除转移过程带来的二维样品表面的有机物，得到表面干净的二维P
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GeAs2范德华异质结；（7）在含有二维P
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GeAs2范德华异质结的氧化硅衬底上旋涂PMMA胶，并在加热板上进行烘干；（8）采用电子束曝光技术在二维P
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GeAs2范德华异质结上制备对电极图案；（9）通过热蒸镀的方法在曝光后的含有二维P
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GeAs2范德华异质结的氧化硅衬底上蒸镀金属电极；（10）进行去胶，将蒸镀金属电极的氧化硅衬底放到热丙酮溶液中浸泡，再利用胶头滴管进行电极区域外的金属层剥离，并用氮气吹干，得到基于二维P
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GeAs2范德华异质结的光电探测器。
[0006]优选的，步骤（2）中，将单抛氧化硅片切割成小块体，清洗吹干后，作为备用的氧化硅衬底，包括：将切割后的单抛氧化硅片先后在乙醇、丙酮、异丙醇溶液中超声清洗10
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15 min，之后用氮气吹干，作为备用的氧化硅衬底。
[0007]优选的，步骤（6）中，热丙酮溶液的浸泡温度为50
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70℃，浸泡时间为5
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20 min；退火的气氛为氩气，退火温度为200℃，退火时间为10
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20 min。
[0008]优选的，步骤（7）中，PMMA胶的旋涂分为两次，第一次旋涂速度为800
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1000 r/min，持续的时间为5
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15 s；第二次旋涂速度为3000
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4000 r/min，持续的时间为50
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70 s；烘干的温度为140
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160℃，烘干的时间为3
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5 min。
[0009]优选的，步骤（8）中，两个对电极图案分别制作在二维P
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GeAs2范德华异质结中的P
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WS2纳米片和N
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GeAs2纳米片上。
[0010]优选的，步骤（9）中，蒸镀的金属电极包括两层金属；其中，第一层金属为钛、铬中的任一种，厚度为10
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30 nm；第二层金属为金、银、钯、铂中的任一种，厚度为50
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100 nm。
[0011]优选的，步骤（10）中，热丙酮溶液的浸泡温度为50
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70℃，浸泡时间为5
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20 min。
[0012]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：1、本专利技术基于二维P
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GeAs2范德华异质结实现了高性能自供电的偏振敏感型光电探测器。利用GeAs2优秀的各向异性光电性能和空气稳定性、WS2较高的光吸收系数、二维P
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GeAs2范德华异质结内置电场促进电子
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空穴对分离等特点，实现了自供电的偏振敏感型光电探测器的构筑。
[0013]2、本专利技术首次在二维P
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GeAs2范德华异质结中实现了各向异性的自驱动光探测，在不加任何偏压的情况下，表现出开关比高达103、响应度高达1.38 AW
‑1的优异光伏性能；同时利用P
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N结界面载流子快速分离的特性，使得器件表现出较快的响应速度（70 ms）；此外，偏振光下器件光响应度的面内各向异性比可达2.25。
附图说明
[0014]图1为本专利技术实施例提供的基于二维P
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GeAs2范德华异质结的光电探测器的
器件结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的基于二维P
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GeAs2范本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自供电的偏振敏感型光电探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）采用化学气相输运法制备WS2单晶和GeAs2单晶；（2）将单抛氧化硅片切割成小块体，清洗吹干后，作为备用的氧化硅衬底；并采用紫外光刻技术和电子束蒸镀技术在上述氧化硅衬底上制备数字标记的Mark图案，得到带有Mark标记的氧化硅衬底；（3）基于所述WS2单晶和GeAs2单晶，采用微机械剥离法将剥离的二维WS2纳米片和GeAs2纳米片粘在PDMS衬底上；（4）将PDMS衬底上的二维WS2纳米片手动转移到带有Mark标记的氧化硅衬底上；（5）利用二维材料转移平台，通过定点转移的方法制备二维P
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GeAs2范德华异质结：首先，通过显微聚焦系统分别找到带有Mark标记的氧化硅衬底上的二维WS2纳米片和PDMS衬底上的GeAs2纳米片，并将二维GeAs2纳米片移动至二维WS2纳米片的正上方；随后，将带有二维GeAs2纳米片的PDMS衬底缓慢降低，直至二维GeAs2纳米片部分贴合在二维WS2纳米片上，形成二维P
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GeAs2范德华异质结；（6）采用热丙酮溶液浸泡或者退火的方式去除转移过程带来的二维样品表面的有机物，得到表面干净的二维P
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GeAs2范德华异质结；（7）在含有二维P
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GeAs2范德华异质结的氧化硅衬底上旋涂PMMA胶，并在加热板上进行烘干；（8）采用电子束曝光技术在二维P
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GeAs2范德华异质结上制备对电极图案；（9）通过热蒸镀的方法在曝光后的含有二维P
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GeAs2范德华异质结的氧化硅衬底上蒸镀金属电极；（10）进行去胶，将蒸镀金属电极的氧化硅衬底放到热丙酮溶液中浸泡，再利用胶头滴管进行电极区域外的金属层剥离，并用氮气吹干，得到基于二维P
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GeAs2范德华异质结的光电探测器。2.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：周楠，李俊浩，谢涌，李晓波，李浩然，党紫薇，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：