一种基于二硫化钨/石墨烯/硒化锗异质结的偏振光电探测器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于二硫化钨/石墨烯/硒化锗异质结的偏振光电探测器及其制备方法，该光电探测器包括依次层叠于衬底上的GeSe薄层、Gr薄层和WS2薄层，GeSe薄层和WS2薄层的两端分别设置有第一电极和第二电极，薄层Gr和WS2通过PVA干法转移技术转移至目标衬底上，形成PGN(P

【技术实现步骤摘要】
一种基于二硫化钨/石墨烯/硒化锗异质结的偏振光电探测器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及光电探测
，尤其涉及一种基于二硫化钨/石墨烯/硒化锗异质结的偏振光电探测器及其制备方法。

技术介绍

[0002]二维材料如石墨烯和过渡金属二硫属化物，在过去十几年中因其独特的电子结构和物理特性而受到广泛关注。在众多的二维材料体系中，过渡金属硫族化合物(TMDs)凭借较大的可调带隙范围、高载流子迁移率、优异的空气稳定性和机械柔韧性使其成为光电子器件领域极具竞争力的二维材料体系。二硫化钨(WS2)作为过渡金属硫属化物(TMDs)家族的典型成员，是构建高性能光电探测器的理想材料之一。二维硒化锗也具有强烈的面内各向异性结构和线性二色性，可以作为光学介质，实现偏振灵敏光吸收和探测。而现有的光电探测器在光电性能和偏振灵敏光检测能力方面仍有不足。

技术实现思路

[0003]本专利技术的首要目的是提供一种基于二硫化钨/石墨烯/硒化锗异质结的偏振光电探测器及其制备方法，该光电探测器选用硒化锗作为P型层和偏振光介质层，石墨烯作为中间夹层，二硫化钨作为N型层和光吸收层，构建了三明治结构异质结，其结合了三种材料体系的优势，表现出了优异的光电性能和偏振灵敏光检测能力。该制备方法中，选用机械剥离法工艺制备获得了厚度均匀的硒化锗薄层，石墨烯薄层和二硫化钨薄层。通过PVA干法转移技术，将硒化锗薄层，二硫化钨薄层和石墨烯薄层转移至目标衬底上，获得二硫化钨/石墨烯/硒化锗异质结，该GeSe、Gr和WS2的界面上形成了p
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n异质结，石墨烯作为中间层的加入，改善界面质量并促进电荷传输，提高了光电探测器的光伏性质和光电性能。
[0004]基于上述特点，本专利技术至少提供如下技术方案：
[0005]一种基于二硫化钨/石墨烯/硒化锗异质结的偏振光电探测器的制备方法，包括以下步骤：
[0006]选用机械剥离法分别剥离获得GeSe薄层、石墨烯薄层和WS2薄层；
[0007]选用PVA干法转移工艺，将所述石墨烯薄层转移至所述GeSe薄层上形成GeSe/石墨烯叠层；
[0008]选用PVA干法转移工艺，将所述WS2薄层转移至所述GeSe/石墨烯叠层上，形成二硫化钨/石墨烯/硒化锗异质结；
[0009]沉积金属层，形成与所述GeSe薄层接触的所述第一电极和与所述WS2薄层接触的第二电极。
[0010]进一步地，将所述石墨烯薄层转移至所述GeSe薄层上形成GeSe/石墨烯叠层的步骤包括，选取厚度为1～50nm的所述石墨烯薄层，用PVA/PDMS将石墨烯薄层转移至所述GeSe薄层上，随后在90～110℃下加热将PDMS从PVA上分离，接着将PVA从石墨烯薄层上分离形成
GeSe/石墨烯叠层；
[0011]将所述WS2薄层转移至所述GeSe/石墨烯叠层上的步骤包括，选取目标区域的WS2薄层，用PVA/PDMS将WS2薄层转移至上述GeSe/石墨烯叠层上，随后在90～110℃下加热将PDMS从PVA上分离，接着将PVA从GeSe/石墨烯叠层上分离，获得二硫化钨/石墨烯/硒化锗异质结。
[0012]进一步地，沉积金属层的步骤包括，在所述GeSe薄层上以及在WS2薄层上蒸镀40nm～80nm的Au层，随后在100～200℃下退火20～60min。
[0013]本专利技术另一方面提供一种基于二硫化钨/石墨烯/硒化锗异质结的偏振光电探测器，包括：衬底；GeSe薄层，设置于所述衬底上；
[0014]石墨烯薄层，设置于所述GeSe薄层上；
[0015]WS2薄层，设置于所述石墨烯薄层上，构成二硫化钨/石墨烯/硒化锗异质结；
[0016]所述第一电极与所述GeSe薄层接触，第二电极与所述WS2薄层接触。
[0017]进一步地，所述GeSe薄层的厚度为10～50nm。
[0018]进一步地，所述石墨烯薄层Gr的厚度为1～50nm。
[0019]进一步地，所述WS2薄层的厚度为1～50nm。
[0020]进一步地，所述衬底选用SiO2/Si衬底。
[0021]进一步地，所述电极选用Au层，所述Au层的厚度为40～80nm。
[0022]与现有技术相比，本专利技术至少具有如下有益效果：
[0023]本专利技术通过选用具有非凡的空气稳定性等优势的硒化锗和二硫化钨，构建二硫化钨/石墨烯/硒化锗异质结，形成了偏振光电探测器，GeSe、Gr和WS2的界面上形成了p
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n异质结，石墨烯夹层可以抑制层间复合，从而改善界面质量并促进电荷传输，提高了光电探测器的光伏性质和光电性能，该探测器呈现出了优越的极化敏感光检测性能。
[0024]另外，本专利技术提供的制备方法中，选用机械剥离工艺，获得了厚度，大小较好的GeSe薄层、Gr薄层、WS2薄层。通过PVA干法转移技术，将高质量的石墨烯薄层和二硫化钨薄层转移至目标硒化锗薄层上，获得了高质量的二硫化钨/石墨烯/硒化锗异质结，提高了光激发电子
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空穴对的注入和分离效率，提高了光电探测器的光伏性质和光电性能。
[0025]本专利技术制备获得的光电探测器具有光伏效应，同时可以作为自驱动的光电探测器，在一实施例中，该光电探测器的动态光响应时间约25ms，各向异性光电流比为3，呈现出了优越的极化敏感光检测性能，有利于推动GeSe、Gr、WS2及其构建的p
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n异质结在光电探测等领域的进一步发展应用。
附图说明
[0026]图1是本专利技术一实施例的WS2/Gr/GeSe异质结光电探测器的结构示意图。
[0027]图2是本专利技术一实施例制备过程中各薄层的光学图像，其中(a)图是GeSe薄层的光学图像；(b)图是Gr薄层的光学图像；(c)图是WS2薄层的光学图像。
[0028]图3是本专利技术一实施例制备的WS2/Gr/GeSe异质结光电探测器光学图像。
[0029]图4是本专利技术一实施例制备的WS2/Gr/GeSe异质结光电探测器的光响应随时间变化图，其中(a)图是探测器在405nm光照下的光响应随时间变化图；(b)图是探测器在635nm光照下的光响应随时间变化图。
[0030]图5是本专利技术一实施例制备的WS2/Gr/GeSe异质结光电探测器的动态光响应，上升和衰减时间约为25ms。
[0031]图6是本专利技术一实施例制备的WS2/Gr/GeSe异质结光电探测器在极坐标下的归一化角分辨光电流，并通过正弦函数得到拟合结果。
具体实施方式
[0032]接下来将结合本专利技术的附图对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，均属于本专利技术保护的范围。下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于二硫化钨/石墨烯/硒化锗异质结的偏振光电探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：选用机械剥离法分别剥离获得GeSe薄层、石墨烯薄层和WS2薄层；选用PVA干法转移工艺，将所述石墨烯薄层转移至所述GeSe薄层上形成GeSe/石墨烯叠层；选用PVA干法转移工艺，将所述WS2薄层转移至所述GeSe/石墨烯叠层上，形成二硫化钨/石墨烯/硒化锗异质结；沉积金属层，形成与所述GeSe薄层接触的所述第一电极和与所述WS2薄层接触的第二电极。2.根据权利要求1的所述制备方法，其特征在于，将所述石墨烯薄层转移至所述GeSe薄层上形成GeSe/石墨烯叠层的步骤包括，选取厚度为1～50nm的所述石墨烯薄层，用PVA/PDMS将石墨烯薄层转移至所述GeSe薄层上，随后在90～110℃下加热将PDMS从PVA上分离，接着将PVA从石墨烯薄层上分离形成GeSe/石墨烯叠层；将所述WS2薄层转移至所述GeSe/石墨烯叠层上的步骤包括，选取目标区域的WS2薄层，用PVA/PDMS将WS2薄层转移至上述GeSe/石墨烯叠层上，随后在90～110℃下加热将PDMS从PVA上分离，接着将PVA从GeSe/...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍能杰，孟雪峰，李京波，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：