[發明專利]一種基于各向異性二維材料的偏振光探測器及其制備方法

在審

• 申請號: 202110928510.5
• 申請日: 2021-08-13
• 公開（公告）號: CN113838943A
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發明（設計）人: 霍能杰;黎思娜;李京波
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: H01L31/032
• 分類號: H01L31/032;H01L31/112;H01L31/18
• 代理公司: 北京清控智云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11919
• 代理人: 仵樂娟

本發明涉及一種基于各向異性二維材料的偏振光探測器及其制備方法，該偏振光探測器以第一導電類型的二維納米片溝道層結合第二導電類型的具有各向異性的二維納米片偏振光敏化半導體層搭建異質結結構，設置第一電極和第二電極分別位于偏振光敏化半導體層的兩端側與納米片溝道層的表面接觸，不與偏振光敏化半導體層接觸，實現了可見光至紅外波長范圍內低噪聲、高靈敏的近紅外探測；另外其溝道層和偏振光敏化半導體層采用機械剝離法獲得，并采用PVA/PDMS輔助干法轉移技術將其兩層層疊獲得器件結構，該制備過程簡單，技術成熟，設備易得，成本低廉，非常有利于商業化推廣。

技術領域

本發明涉及偏振光探測技術領域，尤其涉及一種基于各向異性二維材料的偏振光探測器及其制備方法。

背景技術

對于具有平面內各向異性晶體結構的二維(2D)材料，電子和能帶結構表現出高度的取向依賴性，這導致了有效質量、光吸收和電輸運的強烈各向異性，在這類材料中產生了線性二向色性的獨特特征。線性二向色性使其成為角分辨光電子應用的有希望的平臺，如偏振光譜成像、偏振光電探測器和光學雷達。過去，具有超表面結構的光學介質已被廣泛用于控制光的相位和偏振,但是，其復雜而昂貴的制造工藝是進一步實際應用的限制因素。由于幾何各向異性，一維(1D)納米線或納米帶如ZnO、InP和Sb₂S₃也可以表現出線性二向色性效應和偏振光探測能力，但是較小的長寬比阻礙了二向色性比，限制了器件制造的多樣性。

最近，由于其固有的面內各向異性特性，低對稱二維材料已成為偏振相關光學和電學應用的研究熱點。例如，具有褶皺蜂窩結構的黑磷(b-P)在吸收、光致發光、載流子遷移率和熱電傳輸等方面顯示出明顯的各向異性，從而實現了偏振敏感光電探測器和場效應晶體管等。受到黑磷各向異性特征的啟發，來自同族V的黑砷(b-As)也被報道表現出面內光學和電學各向異性，電子遷移率的二色性比為2.68。此外，硒化鍺(GeSe)、砷化鍺(GeAs)、低對稱性過渡金屬二硫屬化物(TMD)，如Td-WTe₂,1T-MoTe₂,ReS₂,ReSe₂也已被確定為具有強線性二色性的各向異性材料系統。另一方面，具有六方晶體結構的石墨烯和2H-TMD等高對稱二維材料被認為是面內各向同性，但是缺乏偏振相關應用的潛力。

針對此類難題，本發明創造性的設計了一種新型的異質結結構材料體系，采用二維的納米片溝道材料和具有各向異性的二維的納米片偏振光敏化材料，進一步開發了通訊波段內穩定高效的偏振光探測器。

發明內容

針對現有技術中存在的技術問題，本發明的目的是提供一種基于各向異性二維材料的偏振光探測器及其制備方法。該偏振光探測器采用第一導電類型的二維納米片溝道材料層，結合第二導電類型的二維納米片偏振光敏化材料，搭建了異質結結構，促進了光激發電子-空穴對的分離，同時引入了光柵效應，增大了光響應度和靈敏度，實現了高性能的偏振敏感光電探測器。另一方面，本發明通過機械剝離法獲得二維納米片材料薄層，結合PVA/PDMS輔助干法轉移技術將二維納米片偏振光敏化材料層轉移至二維納米片溝道材料層的表面，成功實現了該偏振光探測器的制備，該工藝方法過程簡單、技術成熟、室溫操作且成本低廉，非常有利于大規模制備和應用。

基于上述目的，本發明至少提供如下技術方案：

本發明的一方面提供一種基于各向異性二維材料的偏振光探測器，包括：第一導電類型的二維納米片溝道層；第二導電類型的各向異性的二維納米片偏振光敏化半導體層，位于所述納米片溝道層的表面；第一電極和第二電極，分別位于所述偏振光敏化半導體層的兩端側，與所述納米片溝道層的表面接觸，不與所述偏振光敏化半導體層接觸。

優選地，所述納米片溝道層選用過渡金屬硫屬化物(TMDs)。

優選地，所述納米片溝道層選用WSe₂、WS2、MoS2或MoSe₂。