一种多效应耦合增强的光电传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多效应耦合增强的光电传感器及其制备方法，包括二硫化钼层、金纳米颗粒、玻璃基底与多个氧化锌纳米棒，所述氧化锌纳米棒直立于所述玻璃基底上，所述金纳米颗粒附着在所述氧化锌纳米棒的侧壁上，所述二硫化钼层设置在所述多个氧化锌纳米棒上，且通过分子间作用力进行与所述氧化锌纳米棒进行连接。本申请的光电传感器通过将二硫化钼层与氧化锌纳米棒高差基底复合形成一维/二维异质结构；利用光刻模板调控，使氧化锌纳米棒实现周期性阵列生长；先后采用磁控溅射和热退火工艺，在氧化锌纳米棒上实现金纳米颗粒均匀分布；纳米棒顶端的单层二硫化钼产生周期性应变效果。本发明专利技术具有制备方法简单、结构可控、均一性优、稳定性佳等优点。稳定性佳等优点。稳定性佳等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种多效应耦合增强的光电传感器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及光电探测
，具体涉及一种多效应耦合增强的光电传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]二维材料应用于光电探测器领域中，具有宽光谱、灵敏度、高响应等相较于块体材料的优点。窄带隙的二维材料及其异质结是主要研究对象，例如石墨烯、黑鳞(BP)、窄带隙TMDS(MoS2、PdSe2等)。由于这些原子厚度级的晶体具有较强的柔性，可以承受比块状材料更大的应变，石墨烯的极限应变量可在15％左右。研究表明，通过对二维材料进行拉伸、压缩或者褶皱化处理等，可产生面内应变和面外应变。应变处理后的二维材料的带隙可产相应变化。例如石墨烯的周期性应变，可以将本征零带隙的样品打开一个带隙，并观测到了量子霍尔效应；MoS2的应变可以将其间接带隙变为直接带隙，并且缩小带隙大小，加速光生载流子的分离，从而提高光电流。
[0003]氧化锌作为一种典型的热释电材料，不仅具有制备方法简单、化学稳定性、无毒无害等优点，其纳米结构还具有较高的比表面积。此外，金属纳米颗粒可以在光照条件下实现局部表面等离子共振，增强氧化锌的热释电效应，提高热释电电流。在近十几年来，人们制备了多种形貌的ZnO纳米结构，包括纳米线、棒、带，以及纳米钉、碟，空心微纳米管等。通过调控相应的生长流程，可以获得理想的形貌。例如，采用聚苯乙烯(PS)小球自组装胶体模板，创建一个图形化的种子层引导氧化锌纳米棒结构的生长。采用上述模板生长ZnO可以得到相应的阵列。但是，胶体模板在实验过程中面临稳定性、重复性等问题，不利于批量生长纳米棒阵列。光刻机制备大面积较小尺寸孔洞模板的成功率更高，可以生长出可控尺寸的周期性ZnO纳米棒簇。不同尺寸的纳米棒阵列簇对上方湿法转移的二硫化钼层的应变效果不同，从而调控带隙大小的能力也有所不同。
[0004]由上述可知，在光电探测领域可以利用应变特性，制备一种基于可控的应变调控且成本低、工艺简单、均一性高、增强效果好的光电传感器。
[0005]应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的
技术介绍
部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现思路

[0006]鉴于现有单一的二维材料光电探测器存在探测波段窄以及光响应低等问题，本专利技术提供一种基于局部等离子共振增强的热释电效应及周期性应变调控的氧化锌/金/二硫化钼异质结的多效应耦合增强光电传感器及其制备方法，本专利技术以分子间作用力物理连接，继而得到大面积热释电与应变效应耦合增强的光电探测性能，且均一性较好、增强效果优异、以及制备方法简单、成本较低、重复性好等优点。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术提供一种多效应耦合增强的光电传感器，所述光电传
感器的结构包括二硫化钼层、金纳米颗粒、玻璃基底与多个氧化锌纳米棒，所述氧化锌纳米棒直立于所述玻璃基底上，所述金纳米颗粒附着在所述氧化锌纳米棒的侧壁上，所述二硫化钼层设置在所述多个氧化锌纳米棒上，且通过分子间作用力进行与所述氧化锌纳米棒进行连接。
[0008]依照本专利技术的一个方面，所述多个氧化锌纳米棒为氧化锌纳米棒形成的簇状阵列。
[0009]依照本专利技术的一个方面，所述二硫化钼层为单层二硫化钼。
[0010]依照本专利技术的一个方面，所述金纳米颗粒为球状，直径为50～100nm。
[0011]依照本专利技术的一个方面，所述氧化锌纳米棒为直立六棱柱，外径为50～100nm，高度为1
‑
2μm。
[0012]依照本专利技术的一个方面，所述玻璃基底的尺寸为1cm
×
1cm，厚度为1100μm。
[0013]基于相同的专利技术构思，本专利技术还公开了上述任一多效应耦合增强的光电传感器的制备方法，包括以下步骤：
[0014]步骤1：在玻璃基底上旋涂氧化锌，并经固化后放入箱式炉中450
‑
500℃退火取向，获得氧化锌种子层；
[0015]步骤2：在氧化锌种子层上旋涂反胶并烘烤后，经曝光、二次泛曝后，浸泡显影剂，获得带有空洞的种子层；
[0016]步骤3：将带有空洞的种子层斜靠在反应釜内胆侧壁，朝下放置，经水热反应，获得所需尺寸的多个氧化锌纳米棒；
[0017]步骤4：将所需尺寸的多个氧化锌纳米棒倒置贴于磁控溅射Ar气腔中在所述氧化锌纳米棒侧壁溅射获得一定厚度的金膜，并经退火，获得分布均匀的金纳米颗粒；
[0018]步骤5：在铜箔上CVD生长的二硫化钼层上旋涂一层EVA支撑层，烘烤定型后，得到Cu/MoS2/EVA，将Cu/MoS2/EVA放入过硫酸铵溶液中刻蚀Cu，再用滤纸将MoS2/EVA捞至去离子水中，最后再捞至氧化锌纳米棒阵列上，获得MoS2/EVA/ZnO；
[0019]步骤6：将MoS2/EVA/ZnO浸泡于二甲苯中，溶解EVA支撑层，最后依次用酒精和去离子水清洗，静置晾干，获得多效应耦合增强的光电传感器。
[0020]依照本专利技术的一个方面，在步骤1中，所述固化的温度为80℃；在步骤2中，所述烘烤的温度为100℃；在步骤3中，所述水热反应具体为：将反应釜放入90℃烘箱中进行2h水热反应，反应结束后，在真空中60℃干燥2h。
[0021]依照本专利技术的一个方面，在步骤4中，所述溅射的功率为100W，时间为2min；所述金膜的厚度为100nm；所述退火的温度为350℃；所述金纳米颗粒的直径为50～100nm。
[0022]依照本专利技术的一个方面，所述步骤5具体为：将生长在铜箔上的单层二硫化钼层和铜箔剪成0.5cm
×
0.5cm大小，用胶带封住四边贴在普通玻璃上；将醋酸乙烯酯和二甲苯按一定比例，配成EVA溶液，缓慢摇晃至均匀混合；将上述玻璃片放于匀胶机中，用1500rpm转速旋涂一层EVA，再将四周胶带去除，放置于热台上100℃烘烤10min；将烘烤完的Cu/MoS2/EVA垂直放置于过硫酸铵中；刻蚀结束的MoS2/EVA呈现透明色，使用滤纸辅助捞其去离子水中，再用镊子轻夹起目标基底，斜45
°
缓慢从水中捞出；将其静置干燥后，依次轻轻放入二甲苯和无水乙醇中各浸泡两小时，最后用去离子水洗去有机物，最后再捞至氧化锌纳米棒阵列上，获得MoS2/EVA/ZnO。
[0023]本申请的原理：本专利技术的光电传感器通过将二硫化钼层与氧化锌纳米棒高差基底复合形成一维/二维异质结构；利用光刻模板调控，使氧化锌纳米棒实现周期性阵列生长；先后采用磁控溅射和热退火工艺，在氧化锌纳米棒上实现金纳米颗粒均匀分布；纳米棒顶端的单层二硫化钼产生周期性应变效果，应变后的二硫化钼带隙发生变化，提高光生载流子产生速率；并且，基于氧化锌的热释电效应，当光照使得器件温度发生改变使在材料的两端出现电压或产生电流；基于二硫化钼的应变效应，当外力使其发生应变时带隙会发生相应的减小，此器件设计将两种效应耦合，有助于提高光电探测的响应度，拓宽光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多效应耦合增强的光电传感器，其特征在于，所述光电传感器的结构包括二硫化钼层、金纳米颗粒、玻璃基底与多个氧化锌纳米棒，所述氧化锌纳米棒直立于所述玻璃基底上，所述金纳米颗粒附着在所述氧化锌纳米棒的侧壁上，所述二硫化钼层设置在所述多个氧化锌纳米棒上，且通过分子间作用力进行与所述氧化锌纳米棒进行连接。2.根据权利要求1所述的多效应耦合增强的光电传感器，其特征在于，所述多个氧化锌纳米棒为氧化锌纳米棒形成的簇状阵列。3.根据权利要求1所述的多效应耦合增强的光电传感器，其特征在于，所述二硫化钼层为单层二硫化钼。4.根据权利要求1所述的多效应耦合增强的光电传感器，其特征在于，所述金纳米颗粒为球状，直径为50～100nm。5.根据权利要求2所述的多效应耦合增强的光电传感器，其特征在于，所述氧化锌纳米棒为直立六棱柱，外径为50～100nm，高度为1
‑
2μm。6.根据权利要求1所述的多效应耦合增强的光电传感器，其特征在于，所述玻璃基底的尺寸为1cm
×
1cm，厚度为1100μm。7.一种如权利要求1
‑
6任一所述的多效应耦合增强的光电传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：在玻璃基底上旋涂氧化锌，并经固化后放入箱式炉中450
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500℃退火取向，获得氧化锌种子层；步骤2：在氧化锌种子层上旋涂反胶并烘烤后，经曝光、二次泛曝后，浸泡显影剂，获得带有空洞的种子层；步骤3：将带有空洞的种子层斜靠在反应釜内胆侧壁，朝下放置，经水热反应，获得所需尺寸的多个氧化锌纳米棒；步骤4：将所需尺寸的多个氧化锌纳米棒倒置贴于磁控溅射Ar气腔中在所述氧化锌纳米棒侧壁溅射获得一定厚度的金膜，并经退火，获得分布均匀的金纳米颗粒；步骤5：在铜箔上CVD生长的二硫化钼层上旋涂一层EVA支撑层，...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚天巡，于梦雅，黄文，张晓升，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：