【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于二维半导体光电器件性能提升，具体涉及一种基于利用肖特基二极管强内建电场实现近紫外波段的高能激子的高效利用的提升二维硒化钨基自驱动紫外光响应度的探测器及其制备方法。
技术介绍
1、紫外光电探测器能够将紫外光的光子能量转换为电信号，在生化分析，防伪检测，皮肤治疗，导弹预警，光通信等多个领域具有广泛的应用前景。针对不同应用环境，非自驱动紫外探测器在能耗和热管理方面遇到瓶颈，伴随着器件性能下降，能耗增加等不良影响，使得一些探测器需要在低温中运行，大大增加运行成本。因此，近几年众多应用领域对高集成、高性能、低功耗的紫外光电探测器的需求与日俱增。目前，多数自驱动型紫外光探测器的研究主要聚焦于宽带隙半导体（例如：zno、nio、ga2o3、gan、aln等），尽管其拥有良好的波长选择性和优异的散热性等特点，但外延生长的制备方式成本昂贵且过程复杂，对晶格匹配的要求极其严格；同时，由于较弱光吸收能力和表面悬挂键限制，其光电探测性能随着厚度减少到原子尺度显著降低，在大规模生产和拓展应用方面面临挑战。
2、相比之下，二维层状过渡金属硫化物（transition metal dichalcogenides，tmds）既具有器件加工兼容性又具有非零带隙、极限沟道厚度、高迁移率等本征特性，被视为延续摩尔定律的首选材料，成为近年来光电子器件的热门课题。此外，二维tmds表面没有过多的悬垂键，大大减少了来自界面的散射和陷阱捕获，加上稳定的结构、强光吸收、层数调控带隙和相对较好的热稳定性和柔韧性等优异的特性，使得tmds成为高集成和高性
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了一种提升二维硒化钨基自驱动紫外光响应度的探测器及其制备方法，
2、一种提升二维硒化钨基自驱动紫外光响应度的探测器，从下至上依次包括：sio2/si衬底、底层金电极层、wse2纳米层，少层石墨烯层、上层金电极层。
3、sio2/si衬底为sio2/si或pdms。
4、wse2纳米层厚度为40~80nm。
5、石墨烯厚度为：3~7 nm。
6、一种提升二维硒化钨基自驱动紫外光响应度的探测器的制备方法，包括：
7、1）制备金电极层；
8、a. 将sio2/si切割成方形，并清洗；
9、b. 将光刻胶旋涂在sio2/si衬底上；
10、c. 绘制所需要的电极图案并将其导入无掩膜光刻机中进行曝光和显影；
11、d. 在衬底上蒸镀0.03 g的金，洗掉光刻胶，吹干后得到在sio2/si衬底上的图案化金电极；
12、2）将wse2纳米层转移到步骤1）制备的底层金电极上；
13、3）将少层石墨烯转移到wse2纳米层上，得少层石墨烯层；
14、4）将步骤1）制备的部分金电极贴合在少层石墨烯层的上方，制备上层金电极层；
15、5）去除制备的器件上残留的pva胶后将器件吹干。
16、sio2/si为覆有300 nmsio2层的si衬底。
17、步骤2）制备wse2纳米层具体为：将pdms胶带剪成大小类似的方形，采用机械剥离法不断地黏贴wse2体材料，重复多次后在pdms上获得wse2纳米层。
18、步骤3）少层石墨烯是采用机械剥离技术在pdms衬底上获得石墨烯层。
19、步骤4）金电极层是将步骤1）制备的金电极旋涂8% pva溶液，等待pva溶液成膜后借助pdms揭下金电极，贴合在少层石墨烯层的上方，制备上层金电极层。
20、本专利技术提供了一种提升二维硒化钨基自驱动紫外光响应度的探测器及其制备方法，从下至上依次包括：sio2/si衬底、底层金电极层、wse2纳米层，少层石墨烯层、上层金电极层。是一种利用内建电场促进高能激子分离，从而提高二维硒化钨对紫外光的探测性能的方法，它包括：1）利用机械剥离技术在pdms衬底上获得厚度为60nm左右的wse2纳米层；2）利用机械剥离技术在pdms衬底上获得厚度为5nm左右的少层石墨烯层；3）借助pva溶液和pdms辅助转移技术，制备金-硒化钨-石墨烯器件；结果表明，在不同肖特基势垒形成的内建电场作用下，基于wse2的自驱动型光电探测器可以获得较好的光响应度。该方法可以类推重复制备不同电极的垂直器件。
21、为有效利用wse2中的高能激子，本专利技术设计了由不对称接触金属电极形成的wse2基肖特基二极管，由于wse2分别与石墨烯、金为欧姆接触和肖特基接触，进而形成单侧强内建电场。当紫外光入射时，沟道层wse2中的电子被激发到高能激子所在的能级上，在价带中产生空穴，在强内建电场的驱使下，光生高能激子中的电子与空穴分别向两侧电极定向迁移，代替了原本缓慢的驰豫路径，不仅促进wse2中高能激子的有效分离，而且在自驱动工作模式下实现对近紫外波段的高性能光电探测，为二维tmds在低功耗光电子器件的应用提供一种新方法和新思路。
22、提高二维wse2中近紫外波段的高能激子的利用率，本专利技术通过构建内建电场，促进二维wse2材料中高能激子的有效分离和转移，提升高能激子利用率，实现自驱动型高性能紫外光检测，提供一种提升二维wse2基自驱动紫外探测性能的方法。
23、本专利技术有益效果：通过利用金-硒化钨-石墨烯的不对称肖特基势垒来形成内建电场，在360nm的激发波长下，二维硒化钨中的高能激子利用率得到提高，响应度为306 ma/w；与水平器件对比，垂直器件可以获得更短的沟道距离，仅有几十纳米；制备了一个石墨烯-硒化钨-石墨烯无肖特基势垒差异的对比器件，在自驱动工作模式下，器件对360nm的紫外光的光响应度仅为12 ma/w，是金-硒化钨-石墨烯响应度的1/25，这是因为wse2在吸收了紫外光之后形成高能激子，当没有内建电场时，平行能带处的高能电子-空穴对会自发分离，在光生电子和空穴驰豫到导带底和价带顶的过程中主要以声子的形式释放其多余能量，限制了wse2的光响应度，而在内建电场的作用下高能激子会直接被分离，并转移到两端的石墨烯电极和金电极上；本专利技术提供了一种不需要外接电源的低功耗探测器，而且本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种提升二维硒化钨基自驱动紫外光响应度的探测器，从下至上依次包括：SiO2/Si衬底、底层金电极层、WSe2纳米层，少层石墨烯层、上层金电极层。
2.根据权利要求1所述的一种提升二维硒化钨基自驱动紫外光响应度的探测器，其特征在于：所述的SiO2/Si衬底为SiO2/Si或PDMS。
3.根据权利要求2所述的一种提升二维硒化钨基自驱动紫外光响应度的探测器，其特征在于：所述的WSe2纳米层厚度为40~80nm。
4. 根据权利要求3所述的一种提升二维硒化钨基自驱动紫外光响应度的探测器，其特征在于：所述的石墨烯厚度为：3~7 nm。
5.一种提升二维硒化钨基自驱动紫外光响应度的探测器的制备方法，包括：
6. 根据权利要求5所述的一种提升二维硒化钨基自驱动紫外光响应度的探测器的制备方法，其特征在于：所述的SiO2/Si为覆有300 nmSiO2层的Si衬底。
7.根据权利要求6所述的一种提升二维硒化钨基自驱动紫外光响应度的探测器的制备方法，其特征在于：所述的步骤2）制备WSe2纳米层具体为：将PDMS胶带剪成大小
8.根据权利要求7所述的一种提升二维硒化钨基自驱动紫外光响应度的探测器的制备方法，其特征在于：所述的步骤3）少层石墨烯是采用机械剥离技术在PDMS衬底上获得石墨烯层。
9.根据权利要求6所述的一种提升二维硒化钨基自驱动紫外光响应度的探测器的制备方法，其特征在于：所述的步骤4）金电极层是将步骤1）制备的金电极旋涂8% PVA溶液，等待PVA溶液成膜后借助PDMS揭下所述的金电极，贴合在少层石墨烯层的上方，制备上层金电极层。
...【技术特征摘要】
1.一种提升二维硒化钨基自驱动紫外光响应度的探测器，从下至上依次包括：sio2/si衬底、底层金电极层、wse2纳米层，少层石墨烯层、上层金电极层。
2.根据权利要求1所述的一种提升二维硒化钨基自驱动紫外光响应度的探测器，其特征在于：所述的sio2/si衬底为sio2/si或pdms。
3.根据权利要求2所述的一种提升二维硒化钨基自驱动紫外光响应度的探测器，其特征在于：所述的wse2纳米层厚度为40~80nm。
4. 根据权利要求3所述的一种提升二维硒化钨基自驱动紫外光响应度的探测器，其特征在于：所述的石墨烯厚度为：3~7 nm。
5.一种提升二维硒化钨基自驱动紫外光响应度的探测器的制备方法，包括：
6. 根据权利要求5所述的一种提升二维硒化钨基自驱动紫外光响应度的探测器的制备方法，其特征在于：所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：李远征，刘为振，闫楚欣，辛巍，徐海阳，
申请(专利权)人：东北师范大学，
类型：发明
国别省市：
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