二维柔性光电气体传感器及其制作方法

本发明涉及气体传感器领域，尤其涉及一种二维柔性光电气体传感器及其制作方法。

背景技术：

1、气体传感器在环境检测、现代军事、智能家居等方面发挥着不可替代的作用，作为人工嗅觉的核心元件，积极探索高性能气体传感器是非常必要的。目前商业上使用较多的气体传感器是基于半导体金属氧化物材料，但是此类气体传感器通常需要在高温下工作才具备较好的灵敏度。因此，需要探索室温下高灵敏度气体传感器，室温下高灵敏度工作的气体传感器不仅可以降低功耗，还可以简化传感器设备的制造、运行成本。

2、近年来，以mos2为代表的二维过渡金属硫族化合物由于制备工艺简单，具有优异的电学、光学以及机械柔性等性质，并且在室温下可以检测多种气体，使得mos2在传感领域获得了广泛关注，并在新兴的柔性可穿戴传感领域表现出巨大应用潜力。从以往的研究报道中可以看出，室温下基于二维mos2的气体传感器，可以进行多种气体的探测，如no、no2、nh3、co以及丙酮、甲醇和乙醇蒸汽等，其探测气体的广泛性和器件使用条件的适用性使得其在气体传感器的发展上具有很强的竞争力，然而传统的二维mos2室温柔性气体传感器相比刚性气体传感器，在低气体浓度下的检测灵敏度等性能还有很大提升空间，为实现其进一步发展需引入新的机制以提高灵敏度等性能。

3、因此，怎样通过引入新机制，来提高柔性气体传感器的灵敏度，以及提升传感器的响应特性，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种二维柔性光电气体传感器及其制作方法，以解决传统柔性气体传感器的灵敏度低，以及响应较弱的问题。

2、本发明的第一方面，提供了一种二维柔性光电气体传感器，用于在光照条件下，感知待测气体并产生光电流和变化的电流，以对待测气体进行检测；包括：

3、衬底、栅电极层、介质层以及电极层；其中，所述栅电极层和所述介质层沿远离所述衬底的方向依次堆叠于所述衬底的表面；

4、混合相过渡金属硫族化合物膜层，形成于所述介质层的表面；所述混合相过渡金属硫族化合物膜层中的电流可受电压调控；

5、过渡金属硫族化合物膜层，堆叠于所述混合相过渡金属硫族化合物膜层的表面；其中，所述电极层排列于所述过渡金属硫族化合物膜层的表面；所述过渡金属硫族化合物膜层用于在光照条件下产生光电流；

6、其中，所述混合相过渡金属硫族化合物膜层与所述过渡金属硫族化合物膜层均用于感知待测气体，并产生变化的电流；其中，所述混合相过渡金属硫族化合物膜层与所述过渡金属硫族化合物膜层中均包括同种过渡金属硫族化合物。

7、可选的，所述混合相过渡金属硫族化合物膜层与所述过渡金属硫族化合物膜层中均包括mos2。

8、可选的，所述过渡金属硫族化合物膜层为p型过渡金属硫族化合物膜层。

9、可选的，所述p型过渡金属硫族化合物膜层的材料为p型半导体2h相mos2薄膜。

10、可选的，所述p型过渡金属硫族化合物膜层的厚度为0.65nm～2nm。

11、可选的，所述混合相过渡金属硫族化合物膜层的材料为1t@2h-mos2薄膜。

12、可选的，所述混合相过渡金属硫族化合物膜层的厚度为6nm～10nm。

13、根据本发明的第二方面，还提供了一种二维柔性光电气体传感器的制作方法，用于制备本发明的第一方面任一项所述的二维柔性光电气体传感器，包括：

14、提供一所述衬底；在所述衬底上沿远离所述衬底的方向上依次形成所述栅电极层和所述介质层；

15、形成所述混合相过渡金属硫族化合物膜层；所述混合相过渡金属硫族化合物膜层形成于所述介质层的表面；

16、形成所述过渡金属硫族化合物膜层；所述过渡金属硫族化合物膜层堆叠于所述混合相过渡金属硫族化合物膜层的表面；

17、在所述过渡金属硫族化合物膜层的表面形成所述电极层；并对所述电极层进行去胶。

18、可选的，形成所述混合相过渡金属硫族化合物膜层的方法为：脉冲激光诱导法。

19、可选的，形成所述过渡金属硫族化合物膜层，包括：

20、形成所述p型过渡金属硫族化合物膜层。

21、可选的，形成所述p型过渡金属硫族化合物膜层具体包括：

22、提供一临时衬底；在所述临时衬底上形成n型过渡金属硫族化合物膜层；

23、对所述n型过渡金属硫族化合物膜层进行p型掺杂；以形成所述p型过渡金属硫族化合物膜层；

24、分离所述p型过渡金属硫族化合物膜层与所述临时衬底；并采用润滑溶液，以使得所述p型过渡金属硫族化合物膜层键合于所述混合相过渡金属硫族化合物膜层上。

25、可选的，在所述临时衬底上形成所述n型过渡金属硫族化合物膜层的方法为：化学气相沉积法。

26、可选的，对所述n型过渡金属硫族化合物膜层进行p型掺杂的方法为：磁控离子掺杂法。

27、可选的，对所述n型过渡金属硫族化合物膜层进行p型掺杂所采用的离子为：氮离子。

28、可选的，所述润滑溶液为：异丙醇溶液。

29、根据本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括本发明的第一方面任一项所述的二维柔性光电气体传感器。

30、根据本发明的第四方面，还提供了一种电子设备的制作方法，包括本发明的第二方面任一项所述的二维柔性光电气体传感器的制作方法。

31、本发明提供的二维柔性光电气体传感器，通过设置混合相过渡金属硫族化合物膜层，使得在待测环境下，混合相过渡金属硫族化合物膜层能够引起自身电流的变化，再通过将混合相过渡金属硫族化合物膜层与过渡金属硫族化合物膜层堆叠设置，使得过渡金属硫族化合物膜层内向混合相过渡金属硫族化合物膜层内传导的光电流，以及混合相过渡金属硫族化合物膜层自身的电流均能够受电压调控，并在电压的控制下增大，从而增大了通过柔性光电气体传感器的电流，与传统的室温下柔性气体传感器相比，提高了柔性光电气体传感器在检测时的灵敏度，另外，通过将过渡金属硫族化合物膜层与混合相过渡金属硫族化合物膜层设置为均包括同种过渡金属硫族化合物，使得二者匹配后，具有较好的界面特性，便于电流向混合相过渡金属硫族化合物膜层内传导，提升了柔性光电气体传感器检测的适用性。

32、进一步地，通过对过渡金属硫族化合物膜层进行掺杂，得到p型过渡金属硫族化合物膜层，提高了p型过渡金属硫族化合物膜层的迁移率，从而加快p型过渡金属硫族化合物膜层上电流的流动速率，使得p型过渡金属硫族化合物膜层在感应低浓度气体时，也能够产生电流变化，提升了柔性光电气体传感器的响应特性。

33、附图说明

34、为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

35、图1是本发明一实施例提供的二维柔性光电气体传感器的立体结构示意图；

36、图2是本发明一实施例提供的二维柔性光电气体传感器的制作方法的不同工艺阶段的器件结构示意图一；

37、图3是本发明一实施例提供的二维柔性光电气体传感器的制作方法的不同工艺阶段的器件结构示意图二；

38、图4是本发明一实施例提供的二维柔性光电气体传感器的制作方法的不同工艺阶段的器件结构示意图三；

39、图5是本发明一实施例提供的二维柔性光电气体传感器的制作方法的不同工艺阶段的器件结构示意图四；

40、图6是本发明一实施例提供的二维柔性光电气体传感器的制作方法的不同工艺阶段的器件结构示意图五；

41、图7是本发明一实施例提供的二维柔性光电气体传感器的制作方法的不同工艺阶段的器件结构示意图六；

42、图8是本发明一实施例提供的二维柔性光电气体传感器的制作方法的不同工艺阶段的器件结构示意图七；

43、图9是本发明一实施例提供的二维柔性光电气体传感器的制作方法的不同工艺阶段的器件结构示意图八；

44、图10是本发明一实施例提供的二维柔性光电气体传感器的制作方法的不同工艺阶段的器件结构示意图九。