【技术实现步骤摘要】
本申请涉及功能材料领域，主要涉及一种自供电异质结及其制备方法。
技术介绍
1、自供电器件是指具备自身能源供给功能的电子器件或装置。它们能够利用环境中的能源，如太阳能、热能、机械能等，将其转化为电能，从而实现自主供电的功能，这意味着它们不需要外部电源或电池来提供电力，而是依靠自身的能源转换系统来产生所需的电能。光探测器件在军事和国民经济的各个领域有广泛用途，例如在可见光或近红外波段用于射线测量和探测、工业自动控制、光度计量等，而在红外波段则用于导弹制导、红外热成像、红外遥感等方面。自供电光探测器件能将探测到的光信号转化为电信号向外输出，可以通过解析电信号得到光的波长、强度及变化情况等信息。此外，自供电光探测器件还可以用于探测、存储、信息处理一体化器件及电路设计。
2、铁电材料自身所具有铁电极化使其具有热释电效应，而一些铁电半导体材料由于其窄禁带还具有铁电光伏效应。热释电效应和铁电光伏效应均能够实现自供电光/热探测功能，使铁电功能材料成为了一种能够用于自供电光/热探测器件制备的重要材料。然而，传统铁电材料往往在一定厚度以上才具有较为稳定的铁电极化，很不利于铁电自供电系统的高集成度制备及新型柔性器件的研发，此外厚度的增加意味着热释电效应时需要吸收环境更多的热量，而且会明显增加铁电光伏效应中器件的内阻，减小器件的输出电流等。二维铁电材料的发现给铁电自供电系统的高集成度制备及新型柔性器件的研发带来了新的曙光。但是二维铁电材料的电畴结构极易受到周围环境的影响，如光、热等，使得二维铁电材料的极化存在很大的不稳定性。如何提高二维铁电
3、因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
1、鉴于上述现有技术的不足，本申请的目的在于提供一种自供电异质结及其制备方法，本申请的自供电异质结利用结型界面稳定极化以提升光/热探测性能，旨在解决现有二维铁电材料极化的稳定性有待提高的问题。
2、本申请的技术方案如下：
3、一种自供电异质结，其中，由下至上依次包括衬底、n型二维半导体材料层、二维铁电材料层和p型二维半导体材料层；
4、所述二维铁电材料层与所述n型二维半导体材料层的界面处的内建电场方向与所述二维铁电材料层极化形成的内建电场方向相同，所述二维铁电材料层与所述p型二维半导体材料层的界面处的内建电场方向与所述二维铁电材料层极化形成的内建电场方向相同；
5、所述衬底上还设置有上电极和下电极，所述上电极与所述p型二维半导体材料层直接接触，所述上电极不与所述二维铁电材料层和所述n型二维半导体材料层直接接触，所述下电极与所述n型二维半导体材料层直接接触，所述下电极不与所述p型二维半导体材料层和所述二维铁电材料层直接接触。
6、本申请的自供电异质结，属于二维异质结，利用结型界面稳定极化提升光/热探测性能，能够通过构建二维异质结界面的接触电势差，实现二维异质结界面处内建电场的构建。二维铁电材料两侧的内建电场方向与铁电极化自身形成的内建电场一致，不仅能够稳定二维铁电材料的极化，还能够起到增强二维铁电材料的铁电极化强度的作用。
7、所述的自供电异质结，其中，所述二维铁电材料层为极化状态，所述二维铁电材料层的极化方向为由所述n型二维半导体材料层指向所述p型二维半导体材料层，所述n型二维半导体材料层的功函数大于所述二维铁电材料层的功函数，所述二维铁电材料层的功函数大于所述p型二维半导体材料层的功函数。
8、n型二维半导体材料层的功函数大于二维铁电材料层的功函数，这样可以在二维铁电材料层和n型二维半导体材料层4的界面形成指向n型二维半导体材料层的内建电场，该内建电场类似于二维铁电材料层中的极化，一定程度上增强了二维铁电材料层的极化；二维铁电材料层的功函数大于p型二维半导体材料层的功函数，这样可以在二维铁电材料层和p型二维半导体材料层的界面形成指向二维铁电材料层的内建电场，该内建电场也类似于二维铁电材料层中的极化，在一定程度上增强了二维铁电材料层的极化。
9、所述的自供电异质结，其中，所述二维铁电材料层为极化状态，所述二维铁电材料层的极化方向为由所述p型二维半导体材料层指向所述n型二维半导体材料层，所述p型二维半导体材料层的功函数大于所述二维铁电材料层的功函数，所述二维铁电材料层的功函数大于所述n型二维半导体材料层的功函数。
10、p型二维半导体材料层的功函数大于二维铁电材料层的功函数，这样可以在二维铁电材料层和p型二维半导体材料层的界面形成指向p型二维半导体材料层的内建电场，该内建电场类似于二维铁电材料层中的极化，一定程度上增强了二维铁电材料层的极化；二维铁电材料层的功函数大于n型二维半导体材料层的功函数，这样可以在二维铁电材料层和n型二维半导体材料层的界面形成指向二维铁电材料层的内建电场，该内建电场也类似于二维铁电材料层中的极化，在一定程度上增强了二维铁电材料层的极化。
11、所述的自供电异质结，其中，当所述n型二维半导体材料层为光入射窗口时，所述n型二维半导体材料层的禁带宽度大于所述二维铁电材料层的禁带宽度，所述p型二维半导体材料层的禁带宽度小于所述二维铁电材料层的禁带宽度。
12、所述的自供电异质结，其中，当所述p型二维半导体材料层为光入射窗口时，所述p型二维半导体材料层的禁带宽度大于所述二维铁电材料层的禁带宽度，所述n型二维半导体材料层的禁带宽度小于所述二维铁电材料层的禁带宽度。
13、所述的自供电异质结，其中，所述二维铁电材料层为n型铁电半导体材料层或p型铁电半导体材料层。
14、所述的自供电异质结，其中，所述衬底为氧化硅衬底、氮化硅衬底、氧化铝衬底、氮化铝衬底、云母片衬底、石英玻璃衬底、聚合物柔性衬底中的一种；
15、所述n型二维半导体材料层选用tmds、三元硫族化合物中多数载流子为电子的二维半导体材料；
16、所述二维铁电材料层选用tmds、第ⅳ族金属砷化镓、ⅲ-ⅵ族化合物、金属硫代磷酸盐和硒代磷酸盐中具有自发极化的二维半导体材料；
17、所述p型二维半导体材料层选用tmds、bp中多数载流子为空穴的二维半导体材料。
18、所述的自供电异质结，其中，所述衬底选用具有厚度为300 nm的氧化层的氧化硅衬底；
19、所述n型二维半导体材料层的禁带宽度为0.3-3.0 ev；所述二维铁电材料层的禁带宽度为0.7-3.0 ev；所述p型二维半导体材料层的禁带宽度为0.3-3.0 ev。
20、一种如上所述的自供电异质结的制备方法，其中，包括以下步骤：
21、将所述n型二维半导体材料层转移到所述衬底上，在所述n型二维半导体材料层的一侧制备所述下电极；
22、将所述二维铁电材料层转移至所述n型二维半导体材料层上；
23、将所述p型二维半导体材料层转移至所述二维铁电材料层上；
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【技术保护点】
1.一种自供电异质结，其特征在于，由下至上依次包括衬底、n型二维半导体材料层、二维铁电材料层和p型二维半导体材料层；
2.根据权利要求1所述的自供电异质结，其特征在于，所述二维铁电材料层为极化状态，所述二维铁电材料层的极化方向为由所述n型二维半导体材料层指向所述p型二维半导体材料层，所述n型二维半导体材料层的功函数大于所述二维铁电材料层的功函数，所述二维铁电材料层的功函数大于所述p型二维半导体材料层的功函数。
3.根据权利要求1所述的自供电异质结，其特征在于，所述二维铁电材料层为极化状态，所述二维铁电材料层的极化方向为由所述p型二维半导体材料层指向所述n型二维半导体材料层，所述p型二维半导体材料层的功函数大于所述二维铁电材料层的功函数，所述二维铁电材料层的功函数大于所述n型二维半导体材料层的功函数。
4.根据权利要求1所述的自供电异质结，其特征在于，当所述n型二维半导体材料层为光入射窗口时，所述n型二维半导体材料层的禁带宽度大于所述二维铁电材料层的禁带宽度，所述p型二维半导体材料层的禁带宽度小于所述二维铁电材料层的禁带宽度。
5.根
6.根据权利要求1所述的自供电异质结，其特征在于，所述二维铁电材料层为n型铁电半导体材料层或p型铁电半导体材料层。
7.根据权利要求1所述的自供电异质结，其特征在于，所述衬底为氧化硅衬底、氮化硅衬底、氧化铝衬底、氮化铝衬底、云母片衬底、石英玻璃衬底、聚合物柔性衬底中的一种；
8. 根据权利要求1所述的自供电异质结，其特征在于，所述衬底选用具有厚度为300nm的氧化层的氧化硅衬底；
9.一种如权利要求1~8任一项所述的自供电异质结的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的自供电异质结的制备方法，其特征在于，所述将所述n型二维半导体材料层转移到所述衬底上的过程为将n型二维半导体材料的晶体通过机械剥离法进行剥离，通过PDMS干法转移技术转移至所述衬底上；
...【技术特征摘要】
1.一种自供电异质结，其特征在于，由下至上依次包括衬底、n型二维半导体材料层、二维铁电材料层和p型二维半导体材料层；
2.根据权利要求1所述的自供电异质结，其特征在于，所述二维铁电材料层为极化状态，所述二维铁电材料层的极化方向为由所述n型二维半导体材料层指向所述p型二维半导体材料层，所述n型二维半导体材料层的功函数大于所述二维铁电材料层的功函数，所述二维铁电材料层的功函数大于所述p型二维半导体材料层的功函数。
3.根据权利要求1所述的自供电异质结，其特征在于，所述二维铁电材料层为极化状态，所述二维铁电材料层的极化方向为由所述p型二维半导体材料层指向所述n型二维半导体材料层，所述p型二维半导体材料层的功函数大于所述二维铁电材料层的功函数，所述二维铁电材料层的功函数大于所述n型二维半导体材料层的功函数。
4.根据权利要求1所述的自供电异质结，其特征在于，当所述n型二维半导体材料层为光入射窗口时，所述n型二维半导体材料层的禁带宽度大于所述二维铁电材料层的禁带宽度，所述p型二维半导体材料层的禁带宽度小于所述二维铁电材料层的禁带宽度。
【专利技术属性】
技术研发人员：侯鹏飞，令时雨，申丫，邱丹，谭仕雯，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：
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