[發明專利]復合薄膜敏感材料、紅外探測器及制備方法

有效

• 申請號: 201810996818.1
• 申請日: 2018-08-29
• 公開（公告）號: CN110875402B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 黃文;李尚棟;郭俊雄;賀振北;何宇豪;龔天巡;林媛;俞濱
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L31/09
• 分類號: H01L31/09;H01L31/0264;H01L31/18
• 代理公司: 成都虹橋專利事務所(普通合伙) 51124
• 代理人: 張小麗;梁鑫

本發明屬于光電材料技術領域，具體涉及一種復合薄膜敏感材料、紅外探測器及制備方法。本發明所要解決的技術問題是提供一種復合薄膜敏感材料及其制備方法，該復合薄膜敏感材料包括二維材料層和金屬納米顆粒層；其中，金屬納米顆粒為圓錐狀，底面直徑為5～40nm、高度為3～17nm，金屬納米顆粒層為單層的金屬納米顆粒。本發明通過對二維材料進行金屬納米顆粒修飾所得的復合薄膜敏感材料能夠提高對近紅外光的吸收率。

技術領域

本發明屬于光電材料技術領域，具體涉及一種復合薄膜敏感材料、紅外探測器及制備方法。尤其涉及一種基于納米金修飾的增強近紅外波段光吸收的敏感材料及利用其制備的光電探測器及制備方法。

背景技術

二維材料是隨著石墨烯的發現而提出的，是指厚度在納米范圍的材料。它們普遍具有優良的力學特性，良好的載流子遷移率等優勢，有望替代傳統的半導體材料。二硫化鉬、硒化鎵、摻雜的石墨烯等半導體二維材料具有良好的光電特性，在近紅外探測領域有巨大的應用前景，因而二維材料近紅外探測器得到學術界廣泛關注與研究。

二維材料雖然有良好的光吸收率，如二硫化鉬在可見光波段有良好的光吸收率，但普遍對近紅外波段的吸收不高或者覆蓋不廣；而且與傳統光電材料相比，因為二維材料十分的薄(納米尺度)，其光吸收率要比傳統的塊材材料要低。導致其二維材料近紅外波段相應的單位光電流很小(10mA/W)，難以滿足近紅外探測器的實際使用要求。

在二維半導體材料中，二硫化鉬因其優越光電特性，是最具有研究價值的二維材料之一。本征的二硫化鉬為n型半導體材料，與石墨烯相比，二硫化鉬不僅具有石墨烯的一些優異力學性質，而且具有良好的載流子遷移率、寬波長吸收范圍，以及隨層數不同可改變調控的帶隙(1.3～1.8eV)，對可見光有很強的的光響應。但是，二硫化鉬在近紅外波段的吸收率不高，導致其單位光電流不高，難以投入實際應用中。

發明內容

針對現有技術中二維材料對近紅外波段光吸收效率低導致的單位光電流不高等缺陷，本發明提供了一種納米金屬修飾的復合薄膜敏感材料及其制備方法。該復合薄膜敏感材料對近紅外光吸收良好，能夠為探測器提供高的光電流；且該制備方法簡單、不采用有毒試劑。

本發明所要解決的第一個技術問題是提供一種復合薄膜敏感材料。該復合薄膜敏感材料包括二維材料層和金屬納米顆粒層；其中，金屬納米顆粒為圓錐狀，底面直徑為5～40nm、高度為3～17nm，金屬納米顆粒層為單層的金屬納米顆粒。

進一步的，上述復合薄膜敏感材料中，金屬納米顆粒層中兩兩顆粒底面中心之間的距離為3～30nm。

具體的，上述復合薄膜敏感材料中，所述的二維材料為二硫化鉬、摻雜的石墨烯、硒化銦或硒化鎵中的任意一種。

優選的，上述復合薄膜敏感材料中，當二維材料為二硫化鉬時，二維材料層的厚度不超過5個單層的二硫化鉬。

具體的，上述復合薄膜敏感材料中，所述的金屬為能夠產生局域表面等離子共振的材料。

優選的，上述復合薄膜敏感材料中，所述的金屬為金、銀或銅中的至少一種。

更優選的，上述復合薄膜敏感材料中，所述的金屬為金。

由于本發明所述的復合薄膜敏感材料厚度最多60nm左右，不方便操作，所以一般該復合薄膜敏感材料會有一個承載的載體。所以本發明所要解決的第二個技術問題是提供一種帶有載體的復合薄膜敏感材料。

具體的，上述帶有載體的復合薄膜敏感材料中，所述的載體為高介質材料。

進一步的，上述帶有載體的復合薄膜敏感材料中，所述高介質材料為二氧化硅、藍寶石、玻璃、HfO₂、鋯鈦酸鉛壓電陶瓷(PZT)或聚偏氟乙烯(PVDF)中的任意一種。

優選的，上述帶有載體的復合薄膜敏感材料中，所述高介質材料為二氧化硅。