【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光电探测器领域，具体涉及一种范德华异质结光电探测器及其制备方法和应用。
技术介绍
1、光电探测器是光电集成电路中的关键器件，在现代信息社会中发挥着重要作用，它已广泛应用于光通信、生物医学成像、视频成像、安防军事等各个领域。
2、目标器件材料的组成决定了光电探测器的工作机理和性能。如今，石墨烯、过渡金属二硫族化合物(tmds)、黑磷(bp)、iii-vi化合物等二维(2d)半导体材料由于具有高载流子迁移率、强光-物质相互作用和宽带光吸收等优异的物理性质，在光电检测应用中受到了广泛关注。然而，大多数基于单一二维材料的光电探测器在同时实现高性能和宽带检测方面存在一定的局限性，与传统异质结构相比，由于二维材料具有原子厚度和表面没有悬空键的独特特征，不同的二维材料可以自由堆叠在一起形成范德瓦尔斯(vdws)异质结构，而不受晶格匹配的约束。此外，通过能带对准工程，构建的异质结具有超越单个元件的光电特性。因此，结合两种互补二维材料的优势构建vdws异质结构，是解决二维材料单一问题的有效途径。
3、近年来，pdse2作为一种特殊类型的tmds材料出现，其带隙范围从半导体(单层)的1.3ev到半金属(体)的0ev。其次，pdse2具有高载流子迁移率和独特的弯曲五边形原子结构，使其具有更快的光响应速度和更好的空气稳定性。然而，单一pdse2光电探测器的暗电流较大，影响了基于pdse2的高性能光电探测器的发展。为了解决这一问题，研究者们提出了基于pdse2与其他二维材料结合的p-n异质结器件。例如，dong等人报
4、因此，如何在获得高响应度的同时，提高光电探测器的外量子效率，拓宽光谱响应范围，从而实现光电探测器的广泛使用，是当前亟需解决的技术问题。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种范德华异质结光电探测器及其制备方法和应用。本专利技术利用二维范德华材料无表面悬挂键的特点，将二维半导体材料pdse2与铁电半导体α-in2se3应用到异质结光电探测器中，提高了器件的光响应性能，响应度达4.63×103a/w，外量子效率提高到1.08×106％，探测率达1.55×1014jones。此外，该光电探测器还能对红外波段进行探测，这实现光电探测器的广泛使用。
2、为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种范德华异质结光电探测器，所述范德华异质结光电探测器自下而上依次设置有衬底、pdse2纳米片、α-in2se3纳米片和电极。
4、本专利技术利用二维范德华材料无表面悬挂键的特点，将二维半导体材料pdse2与铁电半导体α-in2se3应用到异质结光电探测器中，不仅提高了器件的光响应性能，而且提高了光电探测器的外量子效率，拓宽了光谱响应范围，可实现光电探测器的广泛使用。
5、作为本专利技术一种优选的技术方案，部分所述α-in2se3纳米片设置于衬底的表面，另一部分所述α-in2se3纳米片与所述pdse2纳米片交叠。
6、本专利技术中，部分α-in2se3纳米片设置于衬底表面，另一部分α-in2se3纳米片与pdse2纳米片交叠，此设计的作用是形成垂直异质结，可以降低暗电流，并且α-in2se3纳米片在pdse2纳米片的上方可以具有更好的光吸收。
7、作为本专利技术一种优选的技术方案，所述pdse2纳米片的厚度为1-100nm，例如可以是1nm、10nm、30nm、50nm、70nm或90nm等，优选为5-20nm。
8、作为本专利技术一种优选的技术方案，所述α-in2se3纳米片的厚度为1-100nm，例如可以是1nm、10nm、30nm、50nm、70nm或90nm等，优选为40-70nm。
9、本专利技术中，若α-in2se3纳米片的厚度过小，则带隙变大，并且铁电调控相对减弱，导致光电性能降低；若α-in2se3纳米片的厚度过大，则制备困难，并且减弱了栅压对器件的调控。
10、作为本专利技术一种优选的技术方案，所述衬底为刚性衬底。
11、优选地，所述刚性衬底包括sio2/si、蓝宝石、石英玻璃或云母中的任意一种或至少两种的组合，优选为sio2/si。
12、优选地，所述刚性衬底的厚度为270-300nm，例如可以是270nm、275nm、280nm、285nm、290nm、295nm或300nm等。
13、作为本专利技术一种优选的技术方案，所述电极包括金属源电极和漏电极。
14、优选地，所述金属源电极的一部分设置于所述α-in2se3纳米片的表面，另一部分设置于所述衬底的表面。
15、优选地，所述漏电极的一部分设置于所述pdse2纳米片的表面，另一部分设置于所述衬底的表面。
16、优选地，所述金属源电极和漏电极的厚度独立地为5-80nm，例如可以是5nm、10nm、20nm、40nm、60nm或80nm等。
17、优选地，所述金属源电极和漏电极的材质独立地包括cr、ti、ni、au、pd、pt或ag中的任意一种或至少两种的组合，优选为cr和au的组合。
18、第二方面，本专利技术提供一种如第一方面所述的范德华异质结光电探测器的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
19、(1)在转移介质上分别制备pdse2纳米片和α-in2se3纳米片，然后采用剥离法剥离；
20、(2)将剥离后得到的pdse2纳米片转移至衬底上，然后将α-in2se3纳米片转移至pdse2纳米片上，最后制备电极，得到所述范德华异质结光电探测器。
21、作为本专利技术一种优选的技术方案，步骤(1)所述转移介质包括聚二甲基硅氧烷膜。
22、优选地，步骤(1)所述pdse2纳米片的制备原料包括pdse2单晶。
23、优选地，步骤(1)所述α-in2se3纳米片的制备原料包括α-in2se3单晶。
24、优选地，步骤(1)所述剥离法包括机械剥离法。
25、本专利技术对电极的制备方法不作限定，示例性的，例如可以是紫外光刻技术、电子束曝光技术或激光直写技术定义电极的图案，同时结合热蒸镀或电子束蒸镀及lift-off工艺(即是在衬底上用光刻工艺获得图案化的光刻胶结构或者金属等掩膜，利用镀膜工艺在掩膜上镀上目标涂层，再利用去胶液溶解光刻胶或者机械去除金属等掩膜的方式获得与图案一致的目标图形结构)制备。
26、作为本专利技术一种优选的技术方案，所述制备方法包括以下步骤：
27、(ⅰ)以pdse2单晶为原料，采用机械剥离的方式将pdse2纳米片粘附本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种范德华异质结光电探测器，其特征在于，所述范德华异质结光电探测器自下而上依次设置有衬底、PdSe2纳米片、α-In2Se3纳米片和电极。
2.根据权利要求1所述的范德华异质结光电探测器，其特征在于，部分所述α-In2Se3纳米片设置于衬底的表面，另一部分所述α-In2Se3纳米片与所述PdSe2纳米片交叠。
3.根据权利要求1或2所述的范德华异质结光电探测器，其特征在于，所述PdSe2纳米片的厚度为1-100nm，优选为5-20nm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的范德华异质结光电探测器，其特征在于，所述α-In2Se3纳米片的厚度为1-100nm，优选为40-70nm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的范德华异质结光电探测器，其特征在于，所述衬底为刚性衬底；
6.根据权利要求1-5任一项所述的范德华异质结光电探测器，其特征在于，所述电极包括金属源电极和漏电极；
7.一种如权利要求1-6任一项所述的范德华异质结光电探测器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
8.根据权利要
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
10.一种如权利要求1-6任一项所述的范德华异质结光电探测器的应用，其特征在于，所述范德华异质结光电探测器应用于光电探测领域。
...【技术特征摘要】
1.一种范德华异质结光电探测器，其特征在于，所述范德华异质结光电探测器自下而上依次设置有衬底、pdse2纳米片、α-in2se3纳米片和电极。
2.根据权利要求1所述的范德华异质结光电探测器，其特征在于，部分所述α-in2se3纳米片设置于衬底的表面，另一部分所述α-in2se3纳米片与所述pdse2纳米片交叠。
3.根据权利要求1或2所述的范德华异质结光电探测器，其特征在于，所述pdse2纳米片的厚度为1-100nm，优选为5-20nm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的范德华异质结光电探测器，其特征在于，所述α-in2se3纳米片的厚度为1-100nm，优选为40-70nm。
5.根据权利...
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