一种基于硫化镉/二硒化钨异质结的光电晶体管及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于光电晶体管技术领域，公开了一种基于硫化镉/二硒化钨异质结的光电晶体管及其制备方法和应用。该光电晶体管是基于CdS/WSe2异质结的光电晶体管，其结构为源电极/CdS/WSe2异质结/漏电极和栅电极，该CdS/WSe2异质结是通过聚乙烯醇法转移法制备，使CdS纳米片与WSe2纳米片充分接触，然后在CdS/WSe2异质结结区外的CdS纳米片和WSe2纳米片边缘制作源电极和漏电极；栅电极为硅片衬底。该光电晶体管实现了有效的载流子栅压调控。在

【技术实现步骤摘要】
一种基于硫化镉/二硒化钨异质结的光电晶体管及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电子器件
，更具体地，涉及一种基于硫化镉/二硒化钨(CdS/WSe2)异质结的光电晶体管及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]二维材料层状结构，如过渡金属硫族化合物(TMDs)，由于其独特的电子和光电特性而受到了极大的关注。此外，由于二维材料间的堆积无需考虑晶格失配的问题，以此实现二维材料范德华(vdW)异质结构的设计与制备，进一步得到新的多功能器件。异质结构由于其能带排列的多样性，将产生具有多种物理特性的界面，这有助于开发新的器件结构，从而实现独特的功能，其中包括隧穿晶体管、柔性电子器件和光电器件。由于二维材料无表面悬挂键，从而可以使vdW与不同维度的材料相互作用，形成混合维度的vdW异质结构。混合维vdW异质结构允许材料的各种选择自由度，并可能提供一种有效的方法来补偿二维晶体的内在弱点，以充分发挥其潜力。异质结构可以整合两种不同材料的各自优势，从而提高设备性能，甚至带来多样性和新颖性。
[0003]传统半导体通常通过化学掺杂离子来调控其电荷类型，然而这一制备过程较为复杂，不易控制，比较单一。对于二维层状半导体，由于其超薄的特性及部分二维材料的双极性特性，栅压可以有效地调节材料内部的载流子浓度以及电荷的类型。这种静电物理掺杂更容易调控与实现，并且在同一材料中可以实现不同极性的光电性能。另外，栅压还可以一定程度上调控半导体材料能带的弯曲方向和弯曲程度，进而影响其电学和光电性能。混合维度异质结构具有材料选择的自由和协同效应等优点，将为纳米器件的发展带来更多的机遇，但目前仍面临着能带匹配带来的载流子调控难等问题。为了解决以上混维异质结面临的性能栅压难以有效调控的问题，迫切需要探索一种新颖的栅压调控混维异质结光电晶体管。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术存在的不足和缺点，本专利技术的首要目的在于提供一种基于CdS/WSe2异质结的光电晶体管。该光电晶体管采用一维CdS纳米片与二维WSe2纳米片构建的CdS/WSe2异质结，基于CdS/WSe2异质结的高性能栅压可调的可见光范围光电探测器。解决载流子浓度控制难，低响应度及低探测率等问题，实现栅压可调的高灵敏光电探测。
[0005]本专利技术的另一目的在于提供上述基于CdS/WSe2异质结的光电晶体管的制备方法。
[0006]本专利技术的再一目的在于提供上述基于CdS/WSe2异质结的光电晶体管的应用。
[0007]本专利技术的目的通过下述技术方案来实现：
[0008]一种基于硫化镉/二硒化钨异质结的光电晶体管，所述光电晶体管是基于CdS/WSe2异质结的光电晶体管，其结构为源电极/CdS/WSe2异质结/漏电极和栅电极，所述CdS/WSe2异质结是通过聚乙烯醇(PVA)干法转移法制备，然后在CdS/WSe2异质结结区外的CdS纳
米片和WSe2纳米片边缘制作源电极和漏电极；所述栅电极为硅片衬底。
[0009]优选地，所述CdS/WSe2异质结中CdS纳米片的厚度为80～100nm；WSe2纳米片的厚度为15～30nm。
[0010]优选地，所述源电极和漏电极均为Ti和Au，所述Ti和Au的厚度分别为8～12nm和45～50nm。
[0011]所述的基于硫化镉/二硒化钨异质结的光电晶体管的制备方法，包括如下具体步骤：
[0012]S1.采用机械剥离法剥离WSe2晶体，在硅片衬底上得到多层WSe2纳米片；
[0013]S2.将WSe2纳米片采用聚乙烯醇PVA干法转移到干净的Si/SiO2衬底上；
[0014]S3.将CVD生长得到的CdS纳米片直接分散在无水乙醇中，随后滴在厚度为300nm干净的Si/SiO2衬底上，在热台上45～55℃烘干2～5min；
[0015]S4.采用PVA干法转移将CdS纳米片转移到步骤S2的WSe2纳米片上方，在80～100℃加热使CdS纳米片与WSe2纳米片充分接触，得到CdS/WSe2异质结；
[0016]S5.在CdS/WSe2异质结区域外的CdS纳米片和WSe2纳米片边缘分别制作Ti/Au电极，将SiO2/Si衬底表面的SiO2层刮掉，露出Si衬底，作为栅电极，制得基于硫化镉/二硒化钨异质结的光电晶体管。
[0017]优选地，步骤S4中所述CdS/WSe2异质结的面积为50～65μm2。
[0018]优选地，步骤S4中所述加热的时间为15～20min。
[0019]所述的基于硫化镉/二硒化钨异质结的光电晶体管在栅压调控光电探测器领域中的应用。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0021]1.本专利技术基于CdS/WSe2异质结的光电晶体管采用具有双极性特性的WSe2纳米片二维材料，通过栅压有效的调节了其内部的载流子浓度和电荷极性，从而改变了材料的极性，WSe2与CdS纳米片构成异质结，使CdS和WSe2能带弯曲和势垒高度差发生变化，从而有效地调节了异质结的电学及光电性能，即从原来的正向光电流变化为反向的光电流。
[0022]2.本专利技术利用CdS与WSe2之间的势能差，在异质结结区产生了有效的内建电场，有效的将光生载流子进行分离。另外通过栅压的调控，改变内建电场的大小及方向。该光电晶体管在405nm光照射，栅压为40V，偏压为3V情况下，光响应度最大值约为8.1A/W、比探测率最大值约为4.8
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Jones，外量子效率最大值约为1850％，表现出优越的光电探测性能，具有广泛的实际应用前景。
[0023]3.本专利技术CdS/WSe2异质结的光电晶体管实现了有效的载流子栅压调控。采用PL及瞬态荧光的测试手段证明了其type
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能带排列，并说明两种材料在其异质结区域产生了很强的光生载流子的转移。并且在一定的栅压条件下，在405nm光照下表现出优异的光响应度、较高的比探测率和快速的响应速度，这为栅压有效地调控二维材料异质结构提供了很好的参考。
[0024]4.本专利技术的工艺简单易操作，能够解决载流子浓度调控的问题，为光电器件的进一步应用提供了可能。
附图说明
[0025]图1为本专利技术的基于CdS/WSe2异质结的光电晶体管的结构示意图。
[0026]图2为本专利技术的基于CdS/WSe2异质结的光电晶体管的制备流程图。
[0027]图3为实施例1中基于CdS/WSe2异质结的光电晶体管的性能表征图。
具体实施方式
[0028]下面结合具体实施例进一步说明本专利技术的内容，但不应理解为对本专利技术的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本专利技术采用的试剂、方法和设备为本
常规试剂、方法和设备。
[0029]实施例1
[0030]一种基于CdS/WSe2异质结的光电探测器的制备方法，如图2所示，包括如下步骤：
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于硫化镉/二硒化钨异质结的光电晶体管，其特征在于，所述光电晶体管是基于CdS/WSe2异质结的光电晶体管，其结构为源电极/CdS/WSe2异质结/漏电极和栅电极，所述CdS/WSe2异质结是通过聚乙烯醇干法转移法制备，然后在CdS/WSe2异质结结区外的CdS纳米片和WSe2纳米片边缘制作源电极和漏电极；所述栅电极为硅片衬底。2.根据权利要求1所述的基于硫化镉/二硒化钨异质结的光电晶体管，其特征在于，所述CdS/WSe2异质结中CdS纳米片的厚度为80～100nm；WSe2纳米片的厚度为15～30nm。3.根据权利要求1所述的基于硫化镉/二硒化钨异质结的光电晶体管，其特征在于，所述源电极和漏电极均为Ti和Au，所述Ti和Au的厚度分别为8～12nm和45～50nm。4.根据权利要求1
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3任一项所述的基于硫化镉/二硒化钨异质结的光电晶体管的制备方法，其特征在于，包括如下具体步骤：S1.采用机械剥离法剥离WSe2晶体，在硅片衬底上得到多层WSe2纳米片；S2.将WSe2纳米片采用聚乙烯醇干法转移到干净的Si/SiO2衬底...

【专利技术属性】
技术研发人员：张黎，黄允，韩晓宁，张玉碧，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：