一种碲化锌纳米片的制备方法以及一种光电器件及其制备方法和应用

本发明涉及半导体材料光电子，尤其涉及一种碲化锌纳米片的制备方法以及一种光电器件及其制备方法和应用。

背景技术：

1、二维异质结结合了不同二维材料的优点，不仅具有原子层的厚度、强的光与物质相互作用，而且容易与现有的硅基器件兼容。基于二维异质结的光电器件已经得到广泛研究，有望替代现有的光电器件应用在诸多方面。目前，实现高速度，小体积，低功耗，低成本的光电集成电路仍是一个巨大的挑战，设计基于二维异质结的同时具有光电探测和电光调制的多功能器件是一个可行方案，通过这种方式，有望在光电子集成电路实现新的架构。各类单一功能的高性能光电器件不断更新，但是兼具性能优异的光电探测和高效电光调控的器件还有待实现。因此，开发一种具有光电探测和荧光开关多功能的光电器件及其制备方法具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种碲化锌纳米片的制备方法以及一种光电器件及其制备方法和应用，以解决现有技术中还未出现兼具光电探测和荧光开关功能光电器件的技术问题。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种碲化锌纳米片的制备方法，包括以下步骤：

4、以碲化锌粉末和碲粉为原料，采用物理气相沉积法在氟晶云母片上生长碲化锌，即得到碲化锌纳米片。

5、作为优选，所述碲化锌粉末和碲粉的质量比为1:1～2；所述物理气相沉积法中所用载气为氢气和氩气，其中氢气的流量为10～30sccm，氩气的流量为60～100sccm；所述物理气相沉积法中反应的温度为900～1000℃，反应的时间为20～40min。

6、本发明提供了一种光电器件，包括在衬底上依次堆叠的第一层石墨烯、碲化锌纳米片和第二层石墨烯构成的异质结，其中在第一层石墨烯和第二层石墨烯的两端均设置有金属电极。

7、作为优选，所述衬底为二氧化硅/硅衬底，其中二氧化硅的厚度为200～400nm。

8、作为优选，所述碲化锌纳米片的厚度为20～80nm；

9、作为优选，所述第一层石墨烯和第二层石墨烯的层数独立的为1～10层。

10、作为优选，所述金属电极由金电极和电极粘附层组成，其中电极粘附层包含钛电极粘附层、铬电极粘附层或镍电极粘附层；所述金属电极的厚度为40～60nm，其中金电极和电极粘附层的厚度比为35～50:5～10。

11、本发明提供了一种光电器件的制备方法，包括以下步骤：

12、(1)用机械剥离法制得第一层石墨烯和第二层石墨烯，然后将第一层石墨烯、碲化锌纳米片、第二层石墨烯从下到上依次堆叠在衬底上，得到异质结；

13、(2)采用电子束曝光设计电极图案；

14、(3)采用电子束蒸镀沉积法在第一层石墨烯和第二层石墨烯上设置金属电极，即可得到光电器件。

15、本发明提供了一种光电器件在探测可见-红外波段光信号中的应用。

16、本发明提供了一种光电器件作为荧光开关的应用。

17、本发明的有益效果：

18、(1)本发明采用物理气相沉积法能够稳定地生长出二维非层状znte纳米片，且纳米片的质量良好。

19、(2)本发明的光电器件兼具光电探测和荧光开关的功能，当被用作光电探测器，具有响应范围宽，响应度高，稳定性高等特点；当被用作荧光开关，偏压达到8伏时，荧光完全淬灭。光电器件具有结构简单，可靠性高，易制造等特点，拓展了二维材料在光电集成领域的应用。

技术特征：

1.一种碲化锌纳米片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碲化锌粉末和碲粉的质量比为1:1～2；所述物理气相沉积法中所用载气为氢气和氩气，其中氢气的流量为10～30sccm，氩气的流量为60～100sccm；所述物理气相沉积法中反应的温度为900～1000℃，反应的时间为20～40min。

3.一种光电器件，其特征在于，包括在衬底上依次堆叠的第一层石墨烯、碲化锌纳米片和第二层石墨烯构成的异质结，其中在第一层石墨烯和第二层石墨烯的两端均设置有金属电极；所述碲化锌纳米片由权利要求1或2所述的制备方法制得。

4.根据权利要求3所述的光电器件，其特征在于，所述衬底为二氧化硅/硅衬底，其中二氧化硅的厚度为200～400nm。

5.根据权利要求3或4所述的光电器件，其特征在于，所述碲化锌纳米片的厚度为20～80nm。

6.根据权利要求5所述的光电器件，其特征在于，所述第一层石墨烯和第二层石墨烯的层数独立的为1～10层。

7.根据权利要求3或4或6所述的光电器件，其特征在于，所述金属电极由金电极和电极粘附层组成，其中电极粘附层包含钛电极粘附层、铬电极粘附层或镍电极粘附层；所述金属电极的厚度为40～60nm，其中金电极和电极粘附层的厚度比为35～50:5～10。

8.权利要求3～7任意一项所述的光电器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.权利要求3～7任意一项所述的光电器件在探测可见-红外波段光信号中的应用。

10.权利要求3～7任意一项所述的光电器件作为荧光开关的应用。

技术总结
本发明提供了一种碲化锌纳米片的制备方法以及一种光电器件及其制备方法和应用，属于半导体材料光电子技术领域。本发明首先以碲化锌粉末和碲粉为原料，采用物理气相沉积法在氟晶云母片上生长碲化锌，即得到碲化锌纳米片。然后在衬底上依次堆叠第一层石墨烯、碲化锌纳米片和第二层石墨烯构成的异质结，其中石墨烯的两端设置有金属电极，即可得到光电器件。本发明的光电器件兼具光电探测和荧光开关的功能，当被用作光电探测器，具有响应范围宽，响应度高，稳定性高等特点；当被用作荧光开关，偏压达到8伏时，荧光完全淬灭。光电器件具有结构简单，可靠性高，易制造等特点，拓展了二维材料在光电集成领域的应用。

技术研发人员：郝玉峰,张明锐,王玉树
受保护的技术使用者：南京大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13