基于Bi2O2Se的多功能器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了基于Bi2O2Se的多功能器件及其制备方法，该器件包括：衬底、层状二维材料Bi2O2Se、第一金电极层和第二金电极层，所述衬底上方集成有第一金电极层，所述第一金电极层上表面设置有层状二维材料Bi2O2Se，所述层状二维材料Bi2O2Se的上表面设置有第二金电极层。本发明专利技术通过研究对比新型半导体层状二维材料Bi2O2Se的上水平、下水平和垂直三种不同沟道的电流输运特性，构建同时具有光电探测功能和突触功能的多功能器件。本发明专利技术作为基于Bi2O2Se的多功能器件及其制备方法，可广泛应用于多功能器件技术领域。用于多功能器件技术领域。用于多功能器件技术领域。

【技术实现步骤摘要】
基于Bi2O2Se的多功能器件及其制备方法


[0001]本专利技术涉及多功能器件
，尤其涉及基于Bi2O2Se的多功能器件及其制备方法。

技术介绍

[0002]自1965年摩尔定律被提出以来，半导体器件特别是以Si为基底的器件被不断研究和发展，但是随着器件尺寸的不断缩小，在器件的进一步微型化方面面临着巨大的挑战，因此人们开始寻找新一代的半导体材料，其中，二维材料逐渐引起人们的广泛关注。自从2004年人们成功剥离出石墨烯开始，二维材料的研究开始兴起，二维材料由于其超薄的物理尺寸，合适的带隙和十分优秀的光电性能，被广泛运用在光电探测器的制作中。但是，石墨烯因为其零带隙的特点很难应用到逻辑器件中，一些过渡金属硫化物如WS2、MoS2等虽然具有合适的带隙但是电子迁移率较低，也不满足目前对光电探测器高性能的要求，半导体材料黑磷满足合适带隙和较高电子迁移率的特性，但是在空气中的稳定性较差。有鉴于此，本次专利技术使用的新型半导体二维材料Bi2O2Se同时具有适中带隙、超高电子迁移率和优异的环境稳定性的特点，并且目前对Bi2O2Se的研究大多数都是基于其水平方向上的输运特性，由于其纳米级厚度尺寸的限制，很少有对Bi2O2Se垂直方向输运特性的研究，而关于Bi2O2Se人工突触的研究更是缺乏。

技术实现思路

[0003]为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供基于Bi2O2Se的多功能器件及其制备方法，通过研究对比新型半导体层状二维材料Bi2O2Se的上水平、下水平和垂直三种不同沟道的电流输运特性，构建同时具有光电探测功能和突触功能的多功能器件。
[0004]为实现以上专利技术目的，本专利技术的技术方案如下：
[0005]基于Bi2O2Se的多功能器件，包括衬底、层状二维材料Bi2O2Se、第一金电极层和第二金电极层，所述衬底上方集成有第一金电极层，所述第一金电极层上表面设置有层状二维材料Bi2O2Se，所述层状二维材料Bi2O2Se的上表面设置有第二金电极层，其中：
[0006]所述衬底用于支撑层状二维材料Bi2O2Se、第一金电极层和第二金电极层；
[0007]所述层状二维材料Bi2O2Se用于实现多功能的光电探测；
[0008]所述第一金电极层用于测试与衬底接触的层状二维材料Bi2O2Se的下水平传输特性，同时与第二金电极层构成垂直沟道测试层状二维材料Bi2O2Se的垂直传输特性；
[0009]所述第二金电极层用于测试与空气接触的层状二维材料Bi2O2Se的上水平传输特性，同时与第一金电极层构成垂直沟道测试层状二维材料Bi2O2Se的垂直传输特性。
[0010]进一步，所述衬底的材料包括硅和二氧化硅。
[0011]进一步，所述层状二维材料Bi2O2Se为二维纳米片，所述层状二维材料Bi2O2Se的厚度为77.39nm。
[0012]进一步，所述第一金电极层和第二金电极层分别包括两条金电极。
[0013]同时，本专利技术还提供一种基于Bi2O2Se的多功能器件的制备方法，具体包括以下步骤：
[0014]S1、基于化学气相沉积方法，在氟金云母上生长Bi2O2Se层状二维材料；
[0015]S2、选取硅和二氧化硅材料制备衬底；
[0016]S3、通过紫外光刻法在衬底上进行定义划分，得到具有底电极区域的衬底；
[0017]S4、在具有底电极区域的衬底的底电极区域内进行淀积纯金与剥离处理，得到具备第一金电极层的衬底；
[0018]S5、将Bi2O2Se层状二维材料放置于所述具备第一金电极层的衬底的上表面；
[0019]S6、通过紫外定点光刻对装备Bi2O2Se层状二维材料的衬底的上表面进行定义顶电极区域；
[0020]S7、对顶电极区域内进行淀积纯金与剥离处理，得到第二金电极层，制备基于Bi2O2Se的多功能器件。
[0021]进一步，所述步骤S3和步骤S6中，通过旋涂紫外光刻胶到衬底上，进行烘干处理，再用波长为365nm的紫外线进行曝光，再次进行烘干处理，最后进行显影和定影操作，定义电极区域。
[0022]进一步，所述步骤S6中还包括通过使用显微镜进行定点的光刻操作。
[0023]进一步，所述步骤S4和步骤S7中，通过使用电子束蒸发的方式淀积纯金。
[0024]进一步，所述步骤S5中，通过PMMA湿法转移和PDMS干法转移相结合的方法将Bi2O2Se层状二维材料从氟金云母上转移至具备第一金电极层的衬底的上表面。
[0025]同时，本专利技术还提供基于Bi2O2Se的多功能器件的应用，包括，对第一金电极层中的两个金电极之间的下水平沟道和任一第一金电极层和第二金电极层之间的垂直沟道施加电压时，实现不同响应强度的光电探测功能，对第二金电极层中的两个金电极的上水平沟道施加电压时，实现类脑人工突触感知外部光刺激“学习”、“记忆”和“遗忘”的功能。
[0026]本专利技术方法及其器件的有益效果是：本专利技术通过制备了厚度为纳米级的Bi2O2Se二维材料上水平、下水平和垂直三种不同沟道的多功能器件，进一步研究对比新型半导体层状二维材料Bi2O2Se的上水平、下水平和垂直三种不同沟道的电流输运特性，尤其是在上水平沟道上发现了人工突触的现象，同时在100mV、0.48mW/cm2的条件下得到了超过5000A/W的光响应度，而下水平沟道和垂直沟道则是普通的光电导现象，形成了同时具有光电探测功能和突触功能的多功能器件。
附图说明
[0027]图1是本专利技术层状二维材料Bi2O2Se的晶格结构示意图；
[0028]图2是本专利技术制备出的Bi2O2Se多功能器件的显微镜下照片的示意图，其中，其中1和2表示为位于Bi2O2Se上表面的顶Au电极，3和4表示为位于Bi2O2Se下表面的底Au电极，中间的矩形为大尺寸Bi2O2Se二维四边形纳米片；
[0029]图3是本专利技术制备出的Bi2O2Se多功能器件的AFM图像，其中虚线方框内的箭头处表示本实施例测量Bi2O2Se纳米片高度的区域；
[0030]图4是本专利技术所述虚线方框区域内的箭头处的高度表征的示意图；
[0031]图5是本专利技术位于Bi2O2Se上表面的顶Au电极上的Bi2O2Se二维纳米片的上水平沟
道上的I
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V曲线，其中，包括暗电流
‑
电压曲线和加不同功率405nm激光的电流
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电压曲线；
[0032]图6是本专利技术基于Bi2O2Se上表面的顶Au电极上的Bi2O2Se二维纳米片的上水平沟道上的I
‑
V曲线100mV条件下加不同功率405nm激光的电流计算出来的光响应度值；
[0033]图7是本专利技术基于Bi2O2Se上表面的顶Au电极上的Bi2O2Se二维纳米片的上水平沟道上加不同功率405nm激光的I
‑
t曲线；
[0034]图8是本专利技术基于位于Bi2O2Se下表面的底Au电极上的Bi2O2Se二维纳米片本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于Bi2O2Se的多功能器件，其特征在于，包括衬底、层状二维材料Bi2O2Se、第一金电极层和第二金电极层，所述衬底上方集成有第一金电极层，所述第一金电极层上表面设置有层状二维材料Bi2O2Se，所述层状二维材料Bi2O2Se的上表面设置有第二金电极层，其中：所述衬底用于支撑层状二维材料Bi2O2Se、第一金电极层和第二金电极层；所述层状二维材料Bi2O2Se用于实现多功能的光电探测；所述第一金电极层用于测试与衬底接触的层状二维材料Bi2O2Se的下水平传输特性，同时与第二金电极层构成垂直沟道测试层状二维材料Bi2O2Se的垂直传输特性；所述第二金电极层用于测试与空气接触的层状二维材料Bi2O2Se的上水平传输特性，同时与第一金电极层构成垂直沟道测试层状二维材料Bi2O2Se的垂直传输特性。2.根据权利要求1所述基于Bi2O2Se的多功能器件，其特征在于，所述衬底的材料包括硅和二氧化硅。3.根据权利要求1所述基于Bi2O2Se的多功能器件，其特征在于，所述层状二维材料Bi2O2Se为二维纳米片，所述层状二维材料Bi2O2Se的厚度为77.39nm。4.根据权利要求1所述基于Bi2O2Se的多功能器件，其特征在于，所述第一金电极层和第二金电极层分别包括两条金电极。5.一种如权利要求1
‑
4任一项所述的基于Bi2O2Se的多功能器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、基于化学气相沉积方法，在氟金云母上生长Bi2O2Se层状二维材料；S2、选取硅和二氧化硅材料制备衬底；S3、通过紫外光刻法在衬底上进行定义划分，得到具有底电极区域的衬底；S4、在具有底电极区...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨铁锋，谢汉荣，谢满炎，刘俸利，阳明旭，关贺元，卢惠辉，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：