基于力电耦合场调控的线偏振敏感光电探测器及制备方法

本发明属于光电子器件，尤其涉及一种基于力电耦合场调控的线偏振敏感光电探测器及制备方法。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、光波作为一种重要的信息载体包含了强度、频率、相位及偏振等信息，通常情况下主要利用了光的强度和波长信息编码成亮度和光谱进行成像。除此之外，自然界中地表或大气中的目标在反射、散射、透射和辐射电磁波时会产生由自身特性所决定的特定偏振信息，而且这些偏振信息能用于分析目标的形状、表面粗糙度、纹理走向和材料的理化特性等。偏振探测作为强度探测的一个重要补充，可以把信息量从三维(光强、光谱和空间)扩充到七维(光强、光谱、空间、偏振度、偏振方位角、偏振椭率和旋转方向)，利用其能够有效抑制背景噪声，目标与背景偏振特性的差别将导致偏振对比度的明显差异，进而能够增加对物体的识别效果与距离。因此偏振成像技术在工业检测、生物医学、地球遥感、现代军事、航空以及海洋等领域有着重要的应用价值。

3、实现微型、高度集成化的偏振光探测器的一条有效途径是使用本身就具有偏振光敏感性的半导体材料作为探测器的有源层工作介质。近年来兴起的部分二维半导体材料在晶体结构上的各向异性使其具有显著的偏振光敏感性，在偏振探测器领域具有重要的潜在应用价值，为偏振探测的实现提供了崭新平台。光生电流二向色性比值(photocurrentdichroic ratio-pdr，不同方向线偏振入射光下的光生电流最大值与最小值比值)作为衡量器件偏振敏感程度的核心指标，直接反映了其偏振探测成像能力的优劣。目前已报道的基于不同各向异性二维材料的典型偏振探测器的pdr大部分在5.0以下(尤其在红外波段)，个别大于10，集中于可见光波段。这样的性能成为制约相关探测器走向实际应用(pdr>20)的重要瓶颈。因此，目前二维材料线偏振探测器存在光生电流二向色性比值低、难以满足社会需求等瓶颈问题。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于力电耦合场调控的线偏振敏感光电探测器及制备方法。

2、为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

3、本发明第一方面提供了一种基于力电耦合场调控的线偏振敏感光电探测器，该光电探测器从下往上依次包括：柔性基底层、二硒化钯层、rex2层(x＝s,se)以及柔性铁电材料层；

4、所述二硒化钯层和rex2层(x＝s,se)共同构成异质结结构；

5、所述二硒化钯层上设置有源极金属电极，所述rex2层(x＝s,se)上设置有漏极金属电极，所述柔性铁电材料层上设置有栅极金属电极。

6、本发明第二方面提供了一种基于力电耦合场调控的线偏振敏感光电探测器的制备方法，包括：

7、(1)采用机械剥离方法或cvd方法制备pdse2薄膜，通过定向转移技术将pdse2薄膜覆盖在柔性基底之上；

8、(2)通过机械剥离技术或cvd技术制备rex2，利用干法或湿法转移技术将rex2定向转移到pdse2薄膜上，然后利用丙酮等有机溶剂和去离子水进行清洗，氮气吹干；

9、(3)采用标准光刻工艺，旋涂光刻胶，在光刻机下定位rex2/pdse2异质结，使用光刻掩膜版进行曝光，然后显影；

10、(4)利用电子束蒸发设备分别在二硒化钯层和rex2层(x＝s,se)上蒸镀源电极金属材料和漏电极金属材料，然后用有机溶剂剥离光刻胶，清洗，形成源、漏电极；

11、(5)利用旋涂法或langmuir-blodgett(lb)技术在rex2/pdse2异质结结构上制备铁电材料层作为栅极介质；

12、(6)在铁电材料上蒸镀透明电极作为栅极。

13、以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

14、(1)本发明通过铁电极化/应变场调控异质结光电探测器的偏振特性，提高光生电流二向色性比值，使其大于20，突破现有器件瓶颈。器件结构简单，成本低廉，同时具有体积小、易于集成的特点。

15、(2)本发明的探测器采用铁电材料进行栅控，铁电极化电场强度远大于传统栅场，同时可利用材料的剩余极化场调控器件，电场具有非易失性优点，显著降低能耗。

16、(3)本发明的探测器采用柔性基底通过应变调控器件，也可满足超薄、柔性探测需求。

17、(4)本发明的探测器结构符合探测器微型化、易集成、节能、柔性发展趋势，可拓展新型半导体光电器件前沿研究领域。

18、(5)本发明光探测器尺寸小，探测范围可覆盖可见光到红外光(0.4微米～1.6微米)。探测光谱范围可通过力电耦合场调控。光电响应特性可通过栅极电压进行调控。

19、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种基于力电耦合场调控的线偏振敏感光电探测器，其特征在于，该光电探测器从下往上依次包括：柔性基底层、二硒化钯层、rex2层(x＝s,se)以及柔性铁电材料层；

2.如权利要求1所述的一种基于力电耦合场调控的线偏振敏感光电探测器，其特征在于，所述柔性基底层为聚二甲基硅氧烷或聚酰亚胺。

3.如权利要求1所述的一种基于力电耦合场调控的线偏振敏感光电探测器，其特征在于，所述柔性铁电材料层为p(vdf-trfe)。

4.如权利要求1所述的一种基于力电耦合场调控的线偏振敏感光电探测器，其特征在于，所述二硒化钯层为单层或多层。

5.如权利要求1所述的一种基于力电耦合场调控的线偏振敏感光电探测器，其特征在于，所述rex2层(x＝s,se)为单层或多层。

6.如权利要求1所述的一种基于力电耦合场调控的线偏振敏感光电探测器，其特征在于，所述源极金属电极和漏极金属电极的材质为金、银、铟、铜和/或钛中的一种或多种，并作为引出电极，与外部电路相连。

7.如权利要求1所述的一种基于力电耦合场调控的线偏振敏感光电探测器，其特征在于，所述栅极金属电极为铝。

8.如权利要求1-7任一项所述的一种基于力电耦合场调控的线偏振敏感光电探测器的制备方法，其特征在于，包括：

9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，还包括：在二硒化钯层和rex2层(x＝s,se)上蒸镀源电极金属材料和漏电极金属材料之后，分别在源电极金属材料和漏电极金属材料蒸镀金。

10.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述铁电材料层为有机的铁电聚合物p(vdf-trfe)。

技术总结
本发明属于光电子器件技术领域，尤其涉及一种基于力电耦合场调控的线偏振敏感光电探测器及制备方法，该光电探测器从下往上依次包括：柔性基底层、二硒化钯层、ReX<subgt;2</subgt;层(X＝S,Se)以及柔性铁电材料层；二硒化钯层和ReX<subgt;2</subgt;层(X＝S,Se)共同构成异质结结构；二硒化钯层上设置有源极金属电极，所述ReX<subgt;2</subgt;层(X＝S,Se)上设置有漏极金属电极，所述柔性铁电材料层上设置有栅极金属电极。本发明本发明通过铁电极化/应变场调控异质结光电探测器的偏振特性，提高光生电流二向色性比值，使其大于20，突破现有器件瓶颈。

技术研发人员：王文佳,李奎龙
受保护的技术使用者：齐鲁工业大学（山东省科学院）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22