一种基于黑磷/石墨烯异质结构的紫外探测器及其制备方法与流程

本发明涉及二维材料应用技术领域，更具体涉及一种基于黑磷/石墨烯异质结构的紫外探测器及其制备方法。

背景技术：
以石墨烯、过渡金属硫化物等为代表的新型二维层状材料是当前材料领域最受关注的热点之一。与宏观块体材料和其他低维材料相比，二维层状材料具有极高的比表面积和极佳的电学、光学特性，在高速电子器件、自旋电子器件、发光二极管、光探测器、太阳能电池、非线性光学器件、生物/化学传感器中有广阔的应用前景。黑磷是最近两年兴起的一类新型层状材料，其在许多方面的性能比石墨烯和过渡金属硫化物更为优异。最近，J.Wu等人报道了基于若干层黑磷的紫外探测器，器件在紫外波段的光响应度达到9×104A/W，比可见-近红外的光响应度高5个数量级，比探测率达3×1013Jones，比GaN和InAs纳米线紫外探测器高2～3个数量级。尽管黑磷紫外探测器的性能已经非常优异，但与某些高性能紫外探测器相比还有一定差距。特别地，黑磷探测器的响应时间长达200s，极大限制了器件的速度。黑磷探测器在性能上的不足可以归因于黑磷材料自身的缺陷。由于黑磷表面存在孤对电子，当其暴露在空气中时，会迅速与氧气和水发生反应，形成氧缺陷和杂质，从而严重影响器件性能。因此，提升黑磷紫外探测器性能的关键是尽量避免其与外界空气直接接触，提高其结构的稳定性。研究表明，表面钝化是抑制其性能退化的一种有效途径。石墨烯具有紧凑的晶格结构和稳定的化学性质，是一种非常有效的钝化材料。此外，理论研究表明，由于石墨烯与黑磷之间晶格失配很小，且二者之间仅通过微弱的范德华力发生作用，故石墨烯不会影响黑磷自身的电子结构。因此利用石墨烯钝化是有效且无害的。黑磷/石墨烯异质结构有望弥补黑磷紫外探测器的不足，整体提升器件性能。

技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是利用黑磷/石墨烯异质结构弥补黑磷自身的不足，在不损害黑磷自身优势的前提下提升探测器性能。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于黑磷/石墨烯异质结构的紫外探测器，包括衬底、绝缘层以及黑磷/石墨烯异质结构；所述绝缘层覆盖于衬底上；所述黑磷/石墨烯异质结构由黑磷和石墨烯堆垛而成，位于所述绝缘层上。(黑磷/石墨烯形成二维层状结构，石墨烯为单层，黑磷可以为单层或若干层，厚度无具体要求)优选地，所述黑磷为二维层状材料，位于所述绝缘层上；所述石墨烯覆盖于所述黑磷上。优选地，所述衬底为P型掺杂。优选地，所述紫外探测器还包括源极电极、漏极电极和栅极电极；所述源极电极与漏极电位于所述石墨烯上，所述栅极电极覆盖于衬底下方。优选地，所述衬底的材料为硅晶体；所述绝缘层的材料为二氧化硅；所述源极电极与栅极电极的材料为金属钛/金。本发明还公开了一种基于黑磷/石墨烯异质结构的紫外探测器的制备方法，包括以下步骤：S1、采用机械剥离方法制备所述黑磷和石墨烯；S2、将所述黑磷人工转移到覆盖有所述绝缘层的衬底上，并迅速旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；S3、将所述石墨烯转移到玻璃/透明胶带/PMMA透明衬底(即PMMA事先用透明胶带粘贴在玻璃基底)上；S4、将所述黑磷表面的PMMA用丙酮清洗掉后，将步骤S3的玻璃/透明胶...