一种柔性二维材料发光器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种柔性发光器件，尤其是涉及一种柔性二维材料发光器件。
【背景技术】
[0002]过渡金属硫化物二维纳米材料，如MoS2、MoSe2、MoTe2、胃52等已成为新一代高性能纳米光电器件，是国际前沿研究的核心材料之一。单层此&的电子迀移率在室温下可以达到200cm2/Vs，开关比高达I X 18,在获得同样效果的电子运动时，MoS2K Si更轻薄，在稳定状态下耗能比Si晶体管小十万倍，同时MoS2具有直接带隙，使用MoS2制成的发光器件具有优异的的光电性能。此外，基于MoS2的柔性特征，器件可弯曲与伸展，由此诞生众多新型应用领域。
[0003]但是现有的二维半导体材料主要在制备技术上成本较高，使用二维半导体制备异质结构需要在MoS2中进行掺杂，工艺上复杂难以实现，很难实现批量生产。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种便携性好、成本低的柔性二维材料发光器件。
[0005]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0006]—种柔性二维材料发光器件，该发光器件从下到上依次包括柔性衬底层、第一金属层、介质层、二维半导体材料层，以及设置在介质层上并位于二维半导体材料层两端的第二金属层，介质层作为栅极，第二金属层两端分别作为源极和漏极，从而构成MOS结构。
[0007]所述的第一金属层的左右两侧分别设有第一金属电极和第二金属电极，所述的第二金属层的左右两端分别设有第三金属电极和第四金属电极，其中，第三金属电极为源极，第四金属电极为漏极；
[0008]工作时，所述的第三金属电极接地，第一金属电极和第三金属电极之间施加反向偏压，第二金属电极和第三金属电极之间施加正向偏压，使得二维半导体材料层内部形成PN结，二维半导体材料层上接触第三金属电极的一端积聚电子，形成N极，接触第四金属电极的一端积累空穴，形成P极，当源极和漏极之间施加正向偏压时，PN结内部载流子复合，即发出波长为500?700nm红光。
[0009]所述的第一金属电极和第二金属电极的材料为金，其厚度在200nm以内。
[0010]所述的第三金属电极和第四金属电极的材料为金、铝或钛，其厚度在300nm以内。
[0011]所述的柔性衬底层采用柔性材料制成，该柔性材料为超薄玻璃、高分子聚合物或金属箔片。
[0012]所述的高分子聚合物选自聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种。
[0013]所述的金属箔片为赤金箔片、银箔片、铜箔片或铝箔片中的一种。。
[0014]所述的介质层的介质材料选自有机材料、透明Al2O3和铁电介质中的一种，介质层的厚度在50nm内。所述有机材料为聚四乙烯苯酚、聚乙烯吡咯烷酮或聚甲基丙烯酸甲酯中的一种。
[0015]所述的二维半导体材料层的半导材料为MoS2。
[0016]上述柔性二维材料发光器件的制备方法包括以下步骤:
[0017](I)清洗衬底:将柔性衬底层清洗干净，衬底材料为超薄玻璃、高分子聚合物或金属猜片;
[0018](2)制作第一金属层:通过电子束蒸发在柔性衬底层上淀积第一金属层，第一金属层包含两个金属电极，分别是第一金属电极，第二金属电极。金属电极材料为金，厚度在200nm以内；
[0019](3)制作介质层:通过原子层淀积在金属电极层上方生长一层介质层，介质层材料为有机材料、透明Al2O3或铁电介质，介质层厚度在50nm以内；所述有机材料为聚四乙稀苯酸、聚乙烯吡咯烷酮或聚甲基丙烯酸甲酯中的一种。
[0020](4) 二维半导体材料层:在介质层上通过转移技术的方法覆盖一层MoS2;
[0021](5)制作源、漏电极:用PMMA作为光刻胶，通过电子束光刻在MoSJl的两端分别制作器件的第三，第四金属电极，第三金属电极为源极，第四金属电极为漏极，源极和漏极的材料为金、铝或钛，厚度在200nm以内。
[0022]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0023](I)相对传统硅基衬底无法满足便携，耐磨损，可伸缩，以及较高透明度的技术缺点，本发明采用的材料均有可弯曲可伸展的柔性特征，在弯折后器件的电学性能保持不变，可实现柔性探测，便于携带，可伸缩，塑性强；
[0024](2)光电响应速度快:半导体MoS2的载流子迀移率远高于硅材料载流子迀移率，本发明具有很高的光电响应速度；
[0025](3)生产成本低、易实现批量生产:本发明采用的发光器件解决了二维材料掺杂工艺复杂、成本高且难以实现批量生产的技术问题，工艺简单，在技术上容易实现批量生产；
[0026](4)集成密度高、加工性能好:本发明采用柔性、透明的柔性衬底，制备的光电器件可以任意的弯曲，且透光性好，单个器件大小在几百个微米左右，可通过大规模集成，制备高效的光电转换电池，具有很好的加工性能，在电子工业中采用此结构可以实现电子器件、光电器件的微纳化、高密度集成化，制备出体型更小、质量更轻、性能更稳的电子产品，具有广阔的应用前景。
【附图说明】
[0027]图1为本发明的结构示意图；
[0028]图2为本发明的柔性二维发光器件的俯视图；
[0029]图3为本发明的二维半导体材料层内的PN结的PN能带图；
[0030]图中，柔性衬底层I，第一金属电极2，第二金属电极3，介质层4，二维半导体材料层5，第三金属电极6，第四金属电极7。
【具体实施方式】
[0031]下文结合特定实例说明的实施方式，此处的实施例及各种特征和有利细节将参考附图中图示以及以下描述中详述的非限制性实施例而进行更完整的解释。省略众所周知的部件和处理技术的描述，以免不必要的使此处的实施例难以理解。在制作所述结构时，可以使用半导体工艺中众所周知的传统工艺。此处使用的示例仅仅是为了帮助理解此处的实施例可以被实施的方式，以及进一步使得本领域技术人员能够实施此处的实施例。因而，不应将此处的示例理解为限制此处的实施例的范围。
[0032]请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0033]实施例1
[0034]如图1所示，一种柔性二维材料发光器件，用于发射波长500?700nm的红光，该发光器件从下到上依次包括柔性衬底层1、第一金属层、介质层4、二维半导体材料层5，以及设置在介质层4上并位于二维半导体材料层5两端的第二金属层，柔性衬底层I采用聚对苯二甲酸乙二醇酯制成，介质层4由透明Al2O3制成，介质层4的厚度在50nm内，二维半导体材料层5的半导材料为MoS2,介质层4作为栅极，第二金属层两端分别作为源极和漏极，从而构成MOS结构；
[0035]第一金属层的左右两侧分别设有第一金属电极2和第二金属电极3，第一金属电极2和第二金属电极3的材料为金，其厚度在200nm以内；第二金属层的左右两端分别设有第三金属电极6和第四金属电极7，其中，第三金属电极6为源极，第四金属电极7为漏极，第三金属电极6和第四金属电极7的材料为金，其厚度在300nm以内；
[0036]工作时，第三金属电极6接地，第一金属电极2和第三金属电极6之间施加反向偏压，第二金属电极3和第三金属电极6之间施加正向偏压，使得二维半导体材料层5内部形成PN结，二维半导体材料层5上接触第三金属电极6的一端积聚电子，形成N极，接触第四金属电极7的一端积累空穴，形成P极，当源极和漏极之间施加正向偏压时，PN结内部载流子复合，即发出波长为500?700nm的红光。<