一种局域场调控增强的二维材料中长波红外探测器

本发明涉及二维材料中长波红外探测器，具体涉及一种局域场调控增强的二维材料中长波红外探测器。

背景技术：

1、二维材料具有室温工作、高增益、响应速度快等诸多优异特性，有潜力实现高性能非制冷红外探测器。对于半导体材料而言，材料厚度和体积的减少会不可避免地造成光与物质相互作用的减弱，特别是二维半导体材料，尽管它们具有较高的量子转化效率，但本身单原子层的厚度严重限制了光与物质相互作用，导致光吸收的绝对值很低。另外二维材料超薄的厚度，使得表面对空气更加敏感，比如黑磷暴露在空气中容易氧化变质，降低了探测器的寿命和适用范围。因此，提升二维材料对光场的有效吸收效率、环境稳定性，从而实现兼具高灵敏度、宽光谱、可室温工作、与硅基工艺兼容、环境适用性强的中长波红外光探测器是目前一个重要的研究领域和科研热点。

技术实现思路

1、为了解决现有二维材料中长波红外探测器的光吸收绝对值低、环境适用性弱的问题，本发明提供一种局域场调控增强的二维材料中长波红外探测器。

2、本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

3、一种局域场调控增强的二维材料中长波红外探测器，包括基底、位于基底上的二维材料层、连接二维材料层的电极、位于二维材料层上的纳米森林结构，所述纳米森林结构包括位于二维材料层上的纳米森林本体和附着在纳米森林本体表面上的金属层，所述纳米森林本体的材料为光刻胶。

4、进一步的，所述基底为二氧化硅/硅基底，所述二维材料层的材料为石墨烯、黒磷或铋氧硒，所述纳米森林结构为柱状纳米森林结构。

5、一种局域场调控增强的二维材料中长波红外探测器的制备方法，包括如下步骤：

6、步骤一、在基底上表面上制备的二维材料层；

7、步骤二、制备连接二维材料层的电极；

8、步骤三、在二维材料层上利用光刻胶材料制备纳米森林结构，得到一种局域场调控增强的二维材料中长波红外探测器。

9、进一步的，所述步骤三的具体过程为：在铜箔上旋涂光刻胶并进行图案化得到第二图案化的光刻胶层；采用氧等离子体刻蚀方法或氩等离子体刻蚀方法将第二图案化的光刻胶层制作成纳米森林本体；采用电子束蒸发金属方法在纳米森林本体上蒸镀金属制备金属层，得到纳米森林结构；在纳米森林结构上旋涂pmma薄膜；腐蚀铜箔；将纳米森林结构转移到二维材料层上；腐蚀掉pmma薄膜，得到一种局域场调控增强的二维材料中长波红外探测器。

10、进一步的，所述步骤三的具体过程为：在二维材料层上旋涂光刻胶并进行图案化形成第一图案化的光刻胶层，采用氧等离子体刻蚀方法或氩等离子体刻蚀方法将第一图案化的光刻胶层制作成纳米森林本体；采用电子束蒸发金属方法在纳米森林本体上蒸镀金属制备金属层，得到一种局域场调控增强的二维材料中长波红外探测器。

11、本发明的有益效果是：

12、1、本发明一种局域场调控增强的二维材料中长波红外探测器采用在中长波段具有局域光场增强能力的纳米森林结构与二维材料结合，利用纳米森林的局域等离激元特性提高光与物质的相互作用，极大提高器件对光的吸收能力，进而提高中长波红外光探测器件的探测性能,实现对中长波红外光的宽光谱、高性能探测。

13、2、探测器利用的惰性和空气稳定性好的纳米森林作为钝化层，起到保护二维材料层的作用，提高探测器的寿命和环境适用性。

14、3、本发明一种局域场调控增强的二维材料中长波红外探测器的制备方法成本低，简单易操作，与传统半导体工艺兼容。

技术特征：

1.一种局域场调控增强的二维材料中长波红外探测器，其特征在于，包括基底(1)、位于基底(1)上的二维材料层(2)、连接二维材料层(2)的电极(3)、位于二维材料层(2)上的纳米森林结构(4)，所述纳米森林结构(4)包括位于二维材料层(2)上的纳米森林本体和附着在纳米森林本体表面上的金属层，所述纳米森林本体的材料为光刻胶。

2.如权利要求1所述的一种局域场调控增强的二维材料中长波红外探测器，其特征在于，所述基底(1)为二氧化硅/硅基底，所述二维材料层(2)的材料为石墨烯、黒磷或铋氧硒，所述纳米森林结构(4)为柱状纳米森林结构。

3.如权利要求1或2所述的一种局域场调控增强的二维材料中长波红外探测器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

4.如权利要求3所述的一种局域场调控增强的二维材料中长波红外探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤三的具体过程为：在铜箔(6)上旋涂光刻胶并进行图案化得到第二图案化的光刻胶层(7)；采用氧等离子体刻蚀方法或氩等离子体刻蚀方法将第二图案化的光刻胶层(7)制作成纳米森林本体；采用电子束蒸发金属方法在纳米森林本体上蒸镀金属制备金属层，得到纳米森林结构(4)；在纳米森林结构(4)上旋涂pmma薄膜(9)；腐蚀铜箔(6)；将纳米森林结构(4)转移到二维材料层(2)上；腐蚀掉pmma薄膜(9)，得到一种局域场调控增强的二维材料中长波红外探测器。

5.如权利要求3所述的一种局域场调控增强的二维材料中长波红外探测器的制备方法，其特征在于，所述步骤三的具体过程为：在二维材料层(2)上旋涂光刻胶并进行图案化形成第一图案化的光刻胶层(5)，采用氧等离子体刻蚀方法或氩等离子体刻蚀方法将第一图案化的光刻胶层(5)制作成纳米森林本体；采用电子束蒸发金属方法在纳米森林本体上蒸镀金属制备金属层，得到一种局域场调控增强的二维材料中长波红外探测器。

技术总结
一种局域场调控增强的二维材料中长波红外探测器涉及二维材料中长波红外探测器技术领域，解决了现有探测器的光吸收绝对值低、环境适用性弱的问题，该装置包括基底、位于基底上的二维材料层、连接二维材料层的电极、位于二维材料层上的光刻胶纳米森林结构。制备方法包括:在基底上表面上制备的二维材料层；制备连接二维材料层的电极；在二维材料层上利用光刻胶材料制备纳米森林结构。本发明的探测器利用纳米森林的局域等离激元特性提高光与物质的相互作用，极大提高器件对光的吸收能力，进而提高中长波红外光探测器件的探测性能；利用的惰性和空气稳定性好的纳米森林作为钝化层提高探测器的寿命和环境适用性。制备方法与传统半导体工艺兼容。

技术研发人员：李绍娟,安君儒
受保护的技术使用者：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14