[發明專利]基于層狀過渡金屬硫化物的柔性光電探測器及其制備方法

有效

• 申請號: 201910864259.3
• 申請日: 2019-09-12
• 公開（公告）號: CN110676332B
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 堅佳瑩;董芃凡;常洪龍;堅增運
• 申請（專利權）人: 西安工業大學
• 主分類號: H01L31/032
• 分類號: H01L31/032;H01L31/0392;H01L31/108;H01L31/18
• 代理公司: 西安新思維專利商標事務所有限公司 61114
• 代理人: 黃秦芳

本發明涉及微電子技術領域，具體涉及一種基于層狀過渡金屬硫化物的柔性光電探測器及其制備方法。本發明光電探測器由柔性襯底、過渡金屬硫化物薄膜和金屬電極由下而上依次疊加組成；其制備方法為：過渡金屬硫化物是通過低成本、可大批量生產的水熱法或物理氣相沉積法制備而成，在過渡金屬硫化物加入分散劑和增稠劑，采用球磨法分散材料形成過渡金屬硫化物分散液，并采用旋涂法在柔性襯底上形成一層過渡金屬硫化物納米薄膜，最后以銅網為硬質掩膜版，采用真空鍍膜法制備金屬電極。本發明的柔性光電探測器制備工藝簡單、產量高、成本低、柔性好。

技術領域

本發明涉及微電子技術領域，具體涉及一種基于層狀過渡金屬硫化物的柔性光電探測器及其制備方法。

背景技術

層狀過渡金屬硫化物是一種類石墨烯結構的平面二維材料，層與層之間由較弱的范德瓦耳斯力鍵合在一起，而每一單分子層則依靠較強的共價鍵結合而形成。MX2(M＝Mo，W，Nb，Ti等；X＝S，Se，Te)型過渡金屬硫屬化合物具有類石墨的層狀密排六方結構，并且有較窄的禁帶寬度，因而在光、電、潤滑、催化等方面也表現出優異的性能。其中，二硫化鉬(MoS₂)和二硫化鎢(WS₂)是過渡金屬二硫化物最典型的代表。

隨著科學技術的發展，人們對便攜化的可穿戴式電子設備不斷追求，促使其相應的柔性傳感器件向著高效、低成本、大面積制造等方向發展。近些年，為了實現光電探測器的便攜化，柔性光電探測器的設計與制備受到了研究人員的廣泛關注。

Tao Y，Wu X等人采用SnS₂為光敏材料，聚氯乙烯(PVC)為柔性襯底，將雙面膠一面貼在柔性襯底上，滴涂SnS₂在雙面膠的另一面上形成光敏薄膜，最后用70μm寬的銅絲為圖形化電極的掩膜版制備出了溝道為65μm寬的光電探測器，參見(Tao Y,Wu X,Wang W,etal.Flexible photodetector from ultraviolet to near infrared based on SnS₂nanosheet microsphere film[J].Journal of Materials Chemistry C,2014,3(6):1347-1353.)；但是該方法制備出的光敏薄膜不均勻，且以銅線為掩膜版圖形化的金屬電極圖案不規則。

Xinhang Chen,Zongyu Huang等人以PET為柔性襯底，用手工涂銀膠的方法制備金屬電極，制備出了以SnS₂和石墨烯混合物為光敏材料的光電探測器，參見(PhotodetectorsBased on SnS₂/Graphene Heterostructure on Rigid and Flexible Substrates[J].ChemNanoMat,2018,4.)；但手工涂銀膠制備電極溝道距離的誤差較大，溝道間距不易控制，且制備微小溝道間距的光電探測器不易實現。旋涂法制備出的薄膜較為均勻，但是以乙醇或者異丙醇等分散劑制備的過渡金屬硫化物分散液粘度很低，采用旋涂法會將分散液甩飛，不易成膜。

發明內容

有鑒于此，本發明為解決現有技術存在的光敏薄膜厚度不均一、圖形化金屬電極圖案不規則以及金屬電極之間的溝道距離不易控制的問題，提供一種基于層狀過渡金屬硫化物的柔性光電探測器及其制備方法，其在過渡金屬硫化物分散液中加入增稠劑，采用旋涂法制備均勻的納米薄膜，以不同規格方孔銅網為硬質掩膜版制備而成。

為解決現有技術存在的問題，本發明的技術方案是：基于層狀過渡金屬硫化物的柔性光電探測器，其特征在于：所述的探測器結構為由下而上依次疊加的柔性襯底、過渡金屬硫化物薄膜層和金屬電極組成；

所述的柔性襯底為聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)或聚酰亞胺(PI)薄膜；

所述的過渡金屬硫化物是通過水熱法或超音速氣流粉碎法制備的MoS₂或WS₂納米材料；