[發明專利]一種具有表面等離激元的二維材料異質結光電探測器及其制備方法

有效

• 申請號: 202110690461.6
• 申請日: 2021-06-22
• 公開（公告）號: CN113410317B
• 公開（公告）日: 2023-02-07
• 發明（設計）人: 黃文;肖昊東;龔天巡;張曉升;林媛
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L31/0232
• 分類號: H01L31/0232;H01L31/109;H01L31/032;H01L31/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種具有表面等離激元的二硒化鎢/二硫化鉬異質結光電探測器及其制備方法，包括ITO電極、異質結：由二維二硒化鎢和二硫化鉬以范德華力結合在一起以及表面等離激元：由金納米顆粒構成。發明提出的光電探測器，利用表面等離激元對光子能量的吸收作用來增強二維二硒化鎢/二硫化鉬異質結的光吸收和光響應。發明提出制備方法包括通過激光直寫光刻技術在異質結區域的光刻膠上精確地刻出亞微尺寸特定圖形如矩形或圓形等窗口、利用移液器在窗口區域滴加納米顆粒溶液如金納米顆粒溶液或銀納米顆粒溶液、在震動和加熱環境下將金納米顆粒富集在矩形窗口內的方式在異質結區域上引入表面等離激元。本發明提出的具有表面等離激元的二維材料異質結光電探測器的結構及其制備方法具有新穎和簡單的特點。

技術領域

本發明屬于光通信技術領域，具體涉及一種光電探測器。

背景技術

光電探測器是將光信號轉換成電信號的器件，它在光通信、遙感系統和視頻成像等領域發揮著非常重要的作用。傳統的光電探測器基于硅材料，但是由于硅是一種禁帶寬度只有大約1.1eV的間接帶隙半導體，因此這類光電探測器的探測范圍只能從可見光到近紅外光，并且光吸收效率低下。近年來興起的二維半導體材料能夠克服硅材料的限制，這類材料通常具有原子尺度的厚度，并展現出良好的光電特性，因而在微納光電子器件制造中得到廣泛的關注。但是由于原子級的厚度及透明的特性，光容易透過二維材料而不被吸收，因此二維材料面臨著光吸收率低的問題。

表面等離激元是一種在金屬表面區域的自由電子和光子相互作用形成的電磁振蕩。表面等離激元共振可以有效地吸收光子的能量，增強金屬對光子的吸收。表面等離激元在被激發之后會進行衰減，并將其能量傳遞給自由電子，使之成為熱電子，熱電子跨越金屬半導體之間的肖特基勢壘，形成光電流，從而增強半導體材料的光電響應。

發明內容

本發明提出一種具有金納米顆粒表面等離激元的二硒化鎢/二硫化鉬異質結光電探測器，使用ITO為底電極，以一種新穎的、簡單的制備方法在二硒化鎢/二硫化鉬異質結表面引入表面等離激元，增強異質結對光的吸收，提升器件的光響應。

本發明提供了一種具有表面等離激元的異質結光電探測器，包括：

以ITO為底電極，在二維二硒化鎢/二硫化鉬異質結重疊區域上方引入金納米顆粒。

本發明提供了一種在異質結區域制備表面等離激元的簡便方法，包括：

在異質結上旋涂光刻膠，使用激光直寫光刻技術在異質結區域表面精確定點光刻出矩形窗口，并在窗口處用移液器滴加若干金納米顆粒溶液，并將其放置在震動電機上，輔以40℃加熱蒸干溶液，使金納米顆粒富集于光刻膠的矩形窗口內。然后進行快速退火處理增強金納米顆粒和異質結材料的接觸。

本發明的主要優點：

1.本發明通過在二維材料異質結上引入表面等離激元，增強異質結對光的吸收，提高了二維材料異質結光電探測器的光響應。

2.本發明使用激光直寫光刻的方式精確地在異質結區域表面光刻出矩形窗口，用移液器滴加金納米顆粒，并在震動和加熱條件下將金納米顆粒富集于矩形窗口內，在異質結區域制備表面等離激元，制備方式簡單、新穎。

附圖說明

圖1為具有金納米顆粒表面等離激元的二硒化鎢/二硫化鉬異質結光電探測器的結構圖。

圖2為具有金納米顆粒表面等離激元的二硒化鎢/二硫化鉬異質結光電探測器的光學顯微鏡圖像。

圖3是具有金納米顆粒表面等離激元的二硒化鎢/二硫化鉬異質結光電探測器的制備流程圖。

具體實施方式