一种紫磷/二硫化钼异质结光电探测器及制备方法

本发明涉及光电探测，具体涉及一种紫磷/二硫化钼异质结光电探测器及制备方法。

背景技术：

1、光电探测器是一种能够将光信号转换成电信号的电子器件，是光电系统的重要组成部分。随着信息时代的发展，光电设备已经广泛应用于日常众多领域，包括光电显示器、成像、环境监控、光通信、军事、安全检查等。光电探测器作为光电设备的核心部件，它的研究与应用不断地推动科学技术的发展。

2、二维材料因独特的物理、化学和电子特性使其在下一代光电子器件领域具有广阔的应用前景。其中，二维过渡金属硫族化合物(tmds，如mos2、wse2等)具有厚度可调的带隙、高的载流子迁移率、强的光物质相互作用和柔性结构，可用于构建高性能场效晶体管、光电探测器、存储器、太阳能电池和自旋电子器件等。同时，二维材料可以像搭积木一样灵活组合，通过设计得到二维材料异质结，弥补不同二维材料各自的不足，从而获得更优良的光电特性，异质结结构为制备新型光电器件提供了巨大的机会，因此，探索基于新型二维材料的高性能光电器件的异质结构是非常重要的。

3、紫磷(vp)是一种新兴的二维元素半导体，具有优良的特性，如稀有的p型导电特性，高达7000cm2/(v·s)的载流子迁移率，单层直接带隙为2.50ev，极高的机械强度以及独特的各向异性，这些特性为紫磷制备高性能光电器件提供了良好的条件。然而，由于vp固有的环境不稳定性，严重阻碍了对其基本特性和光电器件应用的研究。因此，保护vp的环境稳定性，设计和制备基于vp的高性能光电探测器是迫切而有必要的。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种紫磷/二硫化钼异质结光电探测器、制备方法，解决现有技术中的紫磷材料在空气中不稳定的技术问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：一种紫磷/二硫化钼异质结光电探测器，所述的紫磷/二硫化钼异质结光电探测器包括：

3、衬底；制备在所述的衬底上的vp层；制备在所述的vp层上的mos2层；制备在所述的mos2层上的金属源电极和金属漏电极；

4、所述的mos2层将vp层完全覆盖，所述的金属源电极和金属漏电极布置在mos2层和vp层上的重叠部分。

5、本发明还具有如下技术特征：

6、所述的衬底为刚性衬底或柔性衬底。

7、所述的刚性衬底为表面设置二氧化硅绝缘层的硅衬底、石英玻璃、蓝宝石或云母；

8、所述的柔性衬底为聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷或聚对苯二甲酸乙二醇酯等。

9、所述的vp层的厚度为1nm～150nm。

10、所述的mos2层的厚度为1nm～100nm。

11、所述的金属源电极或金属漏电极选自cr、ti、ni、au、pd、pt和ag中的一种或者多种的组合。

12、所述的金属源电极或金属漏电极的厚度为5nm～80nm。

13、上述的紫磷/二硫化钼异质结光电探测器的制备方法，包括如下步骤：

14、步骤1：对衬底进行超声清洗，并吹干；

15、步骤2：采用机械剥离转移方法将底层二维半导体vp层转移至衬底表面，形成vp层；

16、步骤3：采用机械剥离转移方法将顶层二维半导体mos2层转移至聚二甲基硅氧烷(pdms)衬底上，制备mos2层；

17、步骤4：通过微机械转移平台，将步骤3制备的mos2层从pdms衬底转移到步骤2制备的vp层上，使vp层完全被mos2层覆盖；

18、步骤5：在衬底上制备金属源电极和金属漏电极，定义电极形状，确保金属源电极和金属漏电极布置在mos2层和vp层上的重叠部分，

19、得到紫磷/二硫化钼异质结光电探测器。

20、步骤5中，利用紫外光刻技术、电子束曝光技术或激光直写技术定义电极图案，结合热蒸镀、电子束蒸镀或磁控溅射及lift-off工艺制备金属源电极和金属漏电极。

21、上述的紫磷/二硫化钼异质结光电探测器用于光电探测的应用。

22、本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

23、(ⅰ)本发明利用mos2保护vp，可实现在空气中对vp的保护，所制备的光电探测器具有很好的稳定性，可长时间暴露在空气中，克服了vp在空气中不稳定的关键应用瓶颈；

24、(ⅱ)本发明利用vp和mos2构筑成异质结，mos2层作为载流子传输沟道，其中vp与mos2的异质结区域为整个器件的光敏层，光照下所产生的光生载流子在异质结界面有效分离，vp层中的光生电子注入到mos2层使得光电探测器的电流增加，mos2层中的光生空穴捕获到vp中，充当局域栅极诱导mos2中具有更多的电子，并调节沟道电导。基于以上的光门控效应，vp/mos2异质结器件展现出极高的响应度，探测率及外量子效率。

25、(ⅲ)本发明的总体结构具有结构简单、成本低、承载力高、可靠性高、易于维护等特点。

技术特征：

1.一种紫磷/二硫化钼异质结光电探测器，其特征在于，所述的紫磷/二硫化钼异质结光电探测器包括：

2.如权利要求1所述的紫磷/二硫化钼异质结光电探测器，其特征在于，所述的衬底为刚性衬底或柔性衬底。

3.如权利要求2所述的紫磷/二硫化钼异质结光电探测器，其特征在于：所述的刚性衬底为表面设置二氧化硅绝缘层的硅衬底、石英玻璃、蓝宝石或云母；

4.如权利要求1所述的紫磷/二硫化钼异质结光电探测器，其特征在于：所述的vp层的厚度为1nm～150nm。

5.如权利要求1所述的紫磷/二硫化钼异质结光电探测器，其特征在于，所述的mos2层的厚度为1nm～100nm。

6.如权利要求1所述的紫磷/二硫化钼异质结光电探测器，其特征在于，所述的金属源电极或金属漏电极选自cr、ti、ni、au、pd、pt和ag中的一种或者多种的组合。

7.如权利要求1所述的紫磷/二硫化钼异质结光电探测器，其特征在于，所述的金属源电极或金属漏电极的厚度为5nm～80nm。

8.权利要求1-7任一一条权利要求所述的紫磷/二硫化钼异质结光电探测器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.如权利要求8所述的紫磷/二硫化钼异质结光电探测器的制备方法，其特征在于，步骤5中，利用紫外光刻技术、电子束曝光技术或激光直写技术定义电极图案，结合热蒸镀、电子束蒸镀或磁控溅射及lift-off工艺制备金属源电极和金属漏电极。

技术总结
本发明公开了一种紫磷/二硫化钼异质结光电探测器及制备方法，所述的紫磷/二硫化钼异质结光电探测器包括：衬底；制备在衬底上的VP层；制备在VP层上的MoS<subgt;2</subgt;层；制备在MoS<subgt;2</subgt;层上的金属源电极和金属漏电极；MoS<subgt;2</subgt;层将VP层完全覆盖，金属源电极和金属漏电极布置在MoS<subgt;2</subgt;层和VP层上的重叠部分。本发明利用MoS<subgt;2</subgt;保护VP，可实现在空气中对VP的保护，所制备的光电探测器具有很好的稳定性，可长时间暴露在空气中，克服了VP在空气中不稳定的关键应用瓶颈；本发明利用VP和MoS<subgt;2</subgt;构筑成异质结，基于VP的光门控效应，VP/MoS<subgt;2</subgt;异质结器件展现出极高的响应度，探测率及外量子效率。

技术研发人员：张耀,徐华,江曼,祝涛,李亚蓉
受保护的技术使用者：西北大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12