一种基于CdSe/MoS2异质结偏振光电探测器及其制备方法

摘要

本发明涉及光电探测领域，具体为一种基于CdSe/MoS2异质结偏振光电探测器及其制备方法，探测器包括衬底，复合于衬底表面的CdSe/MoS2异质结，沉积于CdSe/MoS2异质结的两端的电极。制备方法为：在衬底表面设置少层的二硫化钼薄膜，得到复合体A；在复合体A中少层二硫化钼薄膜表面设置硒化镉纳米棒，得到复合体B；对复合体B上CdSe/MoS2异质结的两端分别沉积电极，得到偏振光电探测器。本发明在衬底表面分别设置少层的二硫化钼薄膜和硒化镉薄膜，在CdSe/MoS2异质结的区域设置了电极，通过上述处理，能够有效的提高探测器对偏振光的响应能力。

权利要求

1.一种基于CdSe/MoS2异质结偏振光电探测器，其特征是：包括衬底（1），复合于衬底（1）表面的CdSe/MoS2异质结，沉积于CdSe/MoS2异质结的两端的电极（4）；

所述CdSe/MoS2异质结包括硒化镉纳米棒和层状二硫化钼，所述硒化镉纳米棒的直径为

10nm～1μm，所述层状二硫化钼尺寸为1μm×1μm以上。

2.一种如权利要求1所述的一种基于CdSe/MoS2异质结偏振光电探测器的制备方法，其特征是：包含如下步骤：

步骤a：在衬底表面设置少层的二硫化钼薄膜，得到复合体A；

步骤b：在所述复合体A中少层二硫化钼薄膜表面设置硒化镉纳米棒，得到复合体B，所述硒化镉纳米棒通过L‑B薄膜制备法提拉得到有序排布的硒化镉纳米棒；

步骤c：对所述复合体B上CdSe/MoS2异质结的两端分别沉积电极，得到偏振光电探测器。

3.根据权利要求2所述的一种基于CdSe/MoS2异质结偏振光电探测器的制备方法，其特征是：所述步骤a中，利用机械剥离方法在衬底表面得到少层的二硫化钼薄膜。

4.根据权利要求2所述的一种基于CdSe/MoS2异质结偏振光电探测器的制备方法，其特征是：所述步骤b中，L‑B薄膜制备法中亚相为水溶液，其中硒化镉溶液的溶剂为甲苯或氯仿，所述硒化镉溶液的浓度为1mg/ml～5mg/ml。

5.根据权利要求2所述的一种基于CdSe/MoS2异质结偏振光电探测器的制备方法，其特征是：所述步骤c中，所述电极采用金或金/镍；

金电极的沉积方法为：向所述CdSe/MoS2异质结偏振光电探测器利用电子束蒸发系统在表面蒸镀金电极，金厚度为70nm～100nm；

金/镍电极的沉积方法为：向所述CdSe/MoS2异质结偏振光电探测器利用电子束蒸发系统在表面蒸镀金/镍电极。

6.根据权利要求2所述的一种基于CdSe/MoS2异质结偏振光电探测器的制备方法，其特征是：当采用金电极时，金厚度为70nm～100nm；当采用金/镍电极时，金厚度为70nm～

100nm，镍厚度为10nm～30nm。

说明书

一种基于CdSe/MoS2异质结偏振光电探测器及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及光电探测领域，具体为一种基于CdSe/MoS2异质结偏振光电探测器及其制备方法。

背景技术

[0002] 纳米粒子是一种非常活跃材料科学领域，因为它们与量子限制有关，以及有趣的电子性质和较高的体表面积而备受关注。硒化镉是其中的代表之一。硒化镉透光波段广，尤其是在红外波段透过率较高，其较高的原子序数、较大的禁带宽度以及较高的电阻率是制备红外非线性光学器件的优良材料。同时硒化镉拥有优良的机械性能和化学稳定性，是一种可能替代硒、锗、锑化镉等常规核辐射探测材料的新型材料。硒化镉是一种直接跃迁的Ⅱ‑Ⅵ族化合物半导体，在常温常压下硒化镉的热力学稳定相为六方纤锌矿晶体结构，具有优异的光电性能，已广泛应用于太阳能电池、光电传感器、发光二极管等领域，并在光催化、光通讯和生物标记等领域的应用中具有突出表现，具有广阔的应用前景。在日常生活中，对于目标信息捕捉光的两个基本特性，即光的波长和强度，这种编码信息转化为人类的视觉信息为图像的色彩与亮度。光的偏振特性是光的固有属性之一，偏振信息包含了观测对象的物理状态信息。偏振观测带来观测目标信息量的增加，其对于地物目标的识别能力有较大的提升。因为人类的视觉系统很难辨别偏振信息，所以被忽略。由于自然光会与物体的表面发生相互作用，其偏振状态会产生改变，这种特性的发现与研究使得偏振探测技术的应用价值得以实现。随着光学探测技术的不断发展，偏振光探测技术进步迅速，已经成功完成对目标物体的线偏振度、偏振角和辐射率等多种信息的提取研究。该结构的光电探测器仅在光电探测领域有报道，但无法实现对偏振光响应的探测。此结构对于二维材料在光电、电子器件方面的应用具有重要意义。

[0003] 然而，大多数半导体材料对偏振光没有响应，无法实现偏振光电探测。只有少数低维各向异性半导体量子点能够达到。目前已有报道，如钙钛矿、石墨烯/非极性GaN、InGaAs等半导体基偏振探测器。量子点材料具有光谱可调，容易分散，发光效率高等特点，是一类具有高的光吸收及光辐射效率的极佳材料，但目前仅单颗粒的偏振光响应较好，由于大面积取向困难所以用于实际光电器件的应用较为困难。

发明内容

[0004] 为了解决现有技术的不足，本发明提供一种基于CdSe/MoS2异质结偏振光电探测器及其制备方法，解决了现有技术中对偏振光不敏感的结构限制其偏振光探测和各向异性纳米材料大面积取向困难的问题。

[0005] 本发明采用如下技术内容：一种基于CdSe/MoS2异质结偏振光电探测器，包括衬底，复合于衬底表面的CdSe/MoS2异质结，沉积于CdSe/MoS2异质结的两端的电极。

[0006] 进一步地，CdSe/MoS2异质结包括硒化镉纳米棒，硒化镉纳米棒的直径为10nm～1μm。

[0007] 进一步地，CdSe/MoS2异质结还包括层状二硫化钼，层状二硫化钼尺寸为1μm×1μm以上。

[0008] 一种基于CdSe/MoS2异质结偏振光电探测器的制备方法，包含如下步骤：

[0009] 步骤a：在衬底表面设置少层的二硫化钼薄膜，得到复合体A；

[0010] 步骤b：在复合体A中少层二硫化钼薄膜表面设置硒化镉纳米棒，得到复合体B；

[0011] 步骤c：对复合体B上CdSe/MoS2异质结的两端分别沉积电极，得到偏振光电探测器。

[0012] 进一步地，步骤a中，利用机械剥离方法在衬底表面得到少层的二硫化钼薄膜。

[0013] 进一步地，步骤b中，硒化镉纳米棒通过L‑B薄膜制备法提拉得到有序排布的硒化镉纳米棒。

[0014] 进一步地，步骤b中，L‑B薄膜制备法中亚相为水溶液，其中硒化镉溶液的溶剂为甲苯或氯仿，硒化镉溶液的浓度为1mg/ml～5mg/ml。

[0015] 进一步地，步骤c中，电极采用金或金/镍；

[0016] 金电极的沉积方法为：向CdSe/MoS2异质结偏振光电探测器利用电子束蒸发系统在表面蒸镀金电极，金厚度为70nm～100nm；

[0017] 金/镍电极的沉积方法为：向CdSe/MoS2异质结偏振光电探测器利用电子束蒸发系统在表面蒸镀金/镍电极。

[0018] 进一步地，当采用金电极时，金厚度为70nm～100nm；当采用金/镍电极时，金厚度为70nm～100nm，镍厚度为10nm～30nm。

[0019] 本发明解决了现有技术中对偏振光不敏感的结构限制其偏振光探测和各向异性纳米材料大面积取向困难的问题。本发明在衬底表面设置少层的二硫化钼薄膜和硒化镉薄膜，在CdSe/MoS2异质结的两侧分别设置电极，通过上述处理，能够形成n‑n型的异质结接触，充当一种n型的掺杂剂，有效提高载流子浓度、光电流，能够实现对偏振光敏感的探测。

[0020] 进一步地，本发明在衬底表面分别利用机械剥离法设置少层的二硫化钼薄膜，利用L‑B薄膜技术设置硒化镉薄膜，在CdSe/MoS2异质结偏振光电探测器的表面分别设置电极，通过上述制备处理，有效提高探测器对偏振光的响应能力。

附图说明

[0021] 图1为本发明提供的紫外探测器的结构示意图；

[0022] 图2为本发明提供的紫外探测器的制备方法的流程示意图。

[0023] 其中，1‑衬底，2‑二硫化钼薄膜，3‑硒化镉薄膜，4‑电极，5‑滑障，6‑提拉臂。

具体实施方式

[0024] 一种基于CdSe/MoS2异质结偏振光电探测器，包括衬底1，复合于衬底1表面的CdSe/MoS2异质结，沉积于CdSe/MoS2异质结的两端的电极4。

[0025] 衬底1为偏振光电探测器的基材，其种类没有特殊限制，为本领域技术人员熟知的常规衬底即可。本发明中，衬底1优选为表面设置有SiO2层的Si片。本发明对衬底1的规格没有特殊限制，为偏振光电探测器中衬底的常规规格即可，在本实施例中，衬底规格为：长度和宽度均为1cm，厚度为0.5mm。

[0026] 如图1所示，层状的二硫化钼薄膜2设置在衬底1上，由硒化纳米棒组成的硒化镉薄膜3设置在二硫化钼薄膜2 上，本发明二硫化钼薄膜2和硒化镉薄膜3在衬底上1的位置没有特殊限制，在衬底中央或其它位置均可。即本发明提供的是CdSe/MoS2异质结偏振光电探测器，不同类型或材料形式的紫外探测器之间，性能不具可比性，本发明是针对CdSe/MoS2异质结偏振光电探测器进行构建，明显提高探测器对偏振光的响应能力。本发明中，硒化镉纳米棒的直径为100nm～1μm，层状二硫化钼尺寸为1μm×1μm以上。

[0027] 电极4沉积在二硫化钼薄膜2和硒化镉薄膜3的两侧。电极4与二硫化钼薄膜2和硒化镉薄膜3的两侧接触方式为部分覆盖，即电极的左右两测，有一部分覆盖在二硫化钼薄膜2和硒化镉薄膜3上、另一部分覆盖在衬底1上。电极4优选为金或金/镍。其中，金厚度优选为
70nm～100nm，镍厚度优选为10nm～30nm，其规格优选为： H为2～5μm。

[0028] 本发明通过上述处理作用，能够有效的提高探测器对偏振光的响应能力。现有技术中有通过单根材料来改善器件偏振性能，然而，经申请人研究发现，对本发明中的硒化镉纳米棒进行取向排布成膜的制备，更加利于器件的大面积集成，能够实现对偏振光敏感的探测。

[0029] 采用CdSe/MoS2异质结可以形成一种n‑n型的异质结接触，充当一种n型的掺杂剂，有效提高载流子浓度、光电流。该结构的光电探测器光电流产生机制不同于光诱导浮栅效应，光电流的产生来源于硒化镉量子点导带光生电子的直接转移，并能够解决光诱导浮栅效应所存在的光增益与光效应速度矛盾的问题。在保证器件具有高光电流、高光响应度的同时，能够有效减少器件的响应时间并提高探测器的载流子迁移率。同时，CdSe纳米棒展现出了优异的各向异性光学特性，与MoS2相结合可以提高探测器的性能，又能展现出对偏振光良好的响应。

[0030] 本发明还提供了一种上述技术方案中的偏振光电探测器的制备方法，包括：

[0031] 步骤a：在衬底表面设置少层的二硫化钼薄膜，得到复合体A；

[0032] 步骤b：在复合体A中少层二硫化钼薄膜表面设置硒化镉纳米棒，得到复合体B；

[0033] 步骤c：对复合体B上CdSe/MoS2异质结的两端分别沉积电极，得到偏振光电探测器。

[0034] 参见图2，图2为本发明提供的偏振光电探测器的制备方法的流程示意图。其中，第1步为将机械剥离的二硫化钼薄膜放置在衬底上，第2步为将硒化镉薄膜提拉至衬底上，第3步为对CdSe/MoS2异质结的两侧沉积电极。

[0035] 关于步骤a：

[0036] 衬底的种类及规格与上述技术方案中一致，在此不再赘述。二硫化钼薄膜的制备方法优选为机械剥离法。机械剥离法的具体操作过程优选包括：将二硫化钼经过胶带的多次对折，在蓝膜的粘贴下，在基材上形成少层的二硫化钼薄膜。其中，二硫化钼优选为二硫化钼体材料，通过胶带粘取材料多次对折剥离至多层。然后采用粘性较弱的蓝膜从胶带粘取多层材料，再多次对折获得少层二硫化钼二维材料。将粘有二硫化钼二维材料的蓝膜粘贴在SiO2/Si衬底上放于热板上进行加热。胶带的种类优选为3M胶带。3M胶带对折次数优选为7～10次。在热板上加热的时间优选为15～20 min，加热的温度优选为60～70 ℃。在加热完成后等待期冷却后撕下蓝膜，得到复合体A。

[0037] 关于步骤b：

[0038] 硒化镉薄膜的制备方法优选为L‑B薄膜技术。L‑B薄膜技术的具体操作过程优选包括：将硒化镉溶液滴加在亚相表面，此处的亚相为水溶液，优选为去离子水，滑障5挤压从而调节表面压力，再操控提拉臂6将薄膜转移至衬底表面。其中，硒化镉薄膜滴加的容量优选为70～100μl。将带有二硫化钼的衬底放置在提拉臂6上，等待挥发后，通过滑障5的挤压移动来增大表面压力。将提拉臂6以适合的速度进行水平或垂直转移薄膜。硒化镉溶液的浓度优选为1mg/ml～5mg/ml，挥发时间优选为5～10min。滑障5移动速度优选为20mm/min～30mm/min。提拉臂6速度优选为5 mm/min～10mm/min。在提拉臂6完成转移薄膜后，取下静置，得到复合体B。

[0039] 关于步骤c：

[0040] 在CdSe/MoS2异质结的两测分别沉积电极。本发明中，电极优选为金或金/镍。

[0041] 电极为金时，沉积的方式优选为：将衬底正面朝上放入HDMS预处理系统中，设定温度为110℃，处理时间10min。将制备得到的CdSe/MoS2异质结放置于匀胶机上进行涂胶，将吸取的AZ5214光刻胶均匀的滴在衬底上，优选匀胶机转速为4000z/s旋涂30s。所涂的AZ5214光刻胶的厚度在1.6μm～1.7μm，匀胶后无光条件下在100 ℃温度下，在恒温对流烘箱中烘烤90s。随后将烘胶完毕的衬底放入光刻机中光刻电极，将光刻好的电极图案使用电子束蒸镀，蒸镀70nm～100nm的Au层；随后丙酮浸泡10min，去掉光刻胶，使用去离子水对衬底进行冲刷，随后用氮气枪吹干表面后，获得CdSe/MoS2异质结偏振光电探测器。随后对器件进行退火处理，退火温度为150℃，退火时间为20 min，以提高材料和金属电极之间的接触质量。

[0042] 电极为金/镍时，沉积的方式优选为：将衬底正面朝上放入HDMS预处理系统中，设定温度为110℃，处理时间10min。将制备得到的CdSe/MoS2异质结放置于匀胶机上进行涂胶，将吸取的AZ5214光刻胶均匀的滴在衬底上，优选匀胶机转速为4000z/s旋涂30s。所涂的AZ5214光刻胶的厚度在1.6μm～1.7μm，匀胶后无光条件下在100 ℃温度下，在恒温对流烘箱中烘烤90s。随后将烘胶完毕的衬底放入光刻机中光刻电极，将光刻好的电极图案使用电子束蒸镀，蒸镀金/镍，厚度分别是70nm～100nm的Au层，10nm～30nm的Ni层；随后丙酮浸泡10min，去掉光刻胶，使用去离子水对衬底进行冲刷，随后用氮气枪吹干表面后，获得CdSe/MoS2异质结偏振光电探测器。随后对器件进行退火处理，退火温度为150℃，退火时间为20 min，以提高材料和金属电极之间的接触质量。

[0043] 为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

[0044] 实施例：

[0045] S1、机械剥离法制备少层的二硫化钼薄膜

[0046] 取出二硫化钼体材料，通过3M胶带粘取材料多次对折剥离至多层。然后采用粘性较弱的蓝膜从3M 胶带粘取多层材料，再多次对折获得少层二硫化钼二维材料。将粘有二硫化钼二维材料的蓝膜粘贴在SiO2/Si衬底上放于温度为60 ℃的热板上加热 20 min，加热完成后等待其冷却后撕下蓝膜。

[0047] S2、L‑B薄膜技术制备硒化镉薄膜

[0048] 将带有二硫化钼薄膜的SiO2/Si衬底置于提拉臂6上，将聚四氟乙烯槽体以及两个滑障5取出，使用随机器标配的软毛刷或者脱脂棉蘸无水乙醇沿一个方向清洗，之后再用去离子水清洗，清洗完成后先将槽体放回仪器上，挂上铂片，并将去离子水放于装置内，而后压缩滑障5从而挤压液面到一定程度，用抽水泵吸去亚相表面杂质，打开滑障5。利用微量移液器，滴加70μl浓度为1mg/ml‑5mg/ml含硒化镉材料的溶液到清洗好的L‑B拉膜仪的亚相表面，挥发5 ‑10min后，以20mm/min‑30mm/min的速度使滑障5移动直至液面达到崩溃压后停止，随后将操控提拉臂6以5 mm/min‑10mm/min的速度进行水平或垂直提拉。