【技术实现步骤摘要】
本申请涉及涉及二维材料稀土离子共掺杂技术和二维材料微区定点转移，特别涉及一种基于稀土离子共掺杂技术的ws2(er3++yb3+)/wse2(er3++yb3+)光探测器。
技术介绍
1、随着石墨烯的首次制备，二维材料的概念被正式提出。然而，由于石墨烯具有零带隙的特性，使其在晶体管中的应用受到限制。为了解决这一问题，各种类石墨烯的半导体材料不断被发掘。其中，过渡金属硫族化合物(tmd s)成为继石墨烯之后，研究最多、最广泛、技术最成熟的一类二维半导体材料。tmds材料是一种mx2型的单分子层半导体材料，其中m是元素周期表中的过渡金属原子，如第iv副族的ti、zr、hf，第v副族的v、nb、ta，第vi副族的mo和w，第vii副族的tc和re，第ix副族的co、rh、ir，以及第x副族的ni、pd、pt等；x则多为地球储量丰富的vi族元素，如s、se或te。典型的tmds材料包括mos2、ws2、mose2等。
2、tmds晶体结构由“x-m-x”间的强共价键稳定，形成上下层为硫族元素，中间为过渡金属原子的类三明治结构，层间通过弱范德华力堆垛而成。tmd s的相结构对其物理化学特性有决定性作用，目前常见的结构基元分为两种类型：1h(半导体性)和1t(金属性)。tmds拥有与石墨烯几乎类似的薄层、透明和柔韧性特点，但它们具有可调节的带隙、高载流子迁移率和高开关比，因为大多数二维tmds是半导体材料，在制备超小型和低功率晶体管领域具有应用潜力。基于tmds的晶体管相比石墨烯晶体管，具有更高的光电转化效率、更低的暗电流和更高的
3、然而，单一的二维半导体材料性能过于单一。近年来，由基础单层tm ds构成的范德华异质结因其二维晶体结构和原子级层厚相关的奇特电子和光电特性，吸引了广泛研究关注。范德华异质结在光探测应用中显示出巨大的潜力，因为它们具有内置电位的优点，并且不受严格的晶格匹配限制，有利于材料选择的更高自由度。通常，二维tmds的光学性质和带隙等随层数(厚度)的改变而改变，其单层材料具有直接带隙，具有很高的发光效率及光电转换效率。
4、然而，tmds材料在实际应用中仍面临一些挑战和不足：
5、范德华异质结制备难度：目前范德华异质结的制备大多采用机械剥离法，通过剥离块体材料得到较薄材料再进行转移制成异质结，其厚度一般为几十甚至上百个纳米，这是由于机械剥离法无法控制材料的厚度和大小所导致的。虽然化学气相沉积方法(cvd)被认为是合成大尺度二维材料以满足大规模和高端应用要求的最有前途的方法之一，但基于cvd生长的纯tmds薄膜半导体材料的光电转换效率较低，难以获得高响应的光电转化性能。此外，范德华异质结的制备涉及复杂的薄膜材料转移工艺，尤其在单原子层材料的转移上，难度较大：一方面是转移过程容易损坏被转移的单原子层材料，另一方面是容易存在转移媒介的残留，影响后期器件效果。
6、二维材料cvd生长过程中的高密度缺陷问题：cvd方法不可避免地会产生高密度的缺陷，这些缺陷通常会导致晶体质量的急剧下降，从而导致器件性能的严重退化。此外，二维材料的原子级厚度也意味着吸收率和材料增益非常有限。化学掺杂通常用于通过掺杂型和能带结构调制来调节半导体的功能。
7、二维材料物理掺杂空间受限问题：稀土(re)离子因其丰富的激发能级和独特的4f电子跃迁特性，被证明可作为二维材料中的结构改性剂。然而，由于二维薄膜材料的物理掺杂空间受限，往往难以获得足够高的稀土离子掺杂浓度。因此，如何提高二维材料的掺杂浓度，是当前面临的重要难题。二维范德华异质结中的稀土原位掺杂仍处于早期阶段。
技术实现思路
1、本申请的目的在于提供一种基于稀土离子共掺杂技术的ws2(er3++yb3+)/wse2(er3++yb3+)光探测器，解决现有技术中不清楚如何提高二维材料的稀土掺杂浓度，不清楚如何对范德华异质结中的稀土进行掺杂的技术问题。
2、本申请公开了一种基于稀土离子共掺杂技术的ws2(er3++yb3+)/wse2(er3++yb3+)光探测器，其特征在于，包括以下制备步骤：
3、步骤1、使用去离子水、丙酮、无水乙醇依次超声波清洗sio2/si硅片，每次清洗时间分别为5分钟、10分钟、10分钟和5分钟，最后用氮气吹干；借助两温区管式炉进行化学气相沉积反应，将硫粉或硒粉放入温区ⅰ，将氧化钨粉末、氯化钠催化剂、氯化铒以及氯化镱掺杂剂放入温区ⅱ，得到生长有ws2(er+yb)层的单层衬底以及生长有wse2(er+yb)层的单层衬底；
4、步骤2、配置pmma溶液以及固态pdms，用微区定点转移法，将pmma溶液涂覆在生长有ws2(er+yb)层的单层衬底上并加热得到涂覆有固化pmma膜的生长有ws2(er+yb)层的单层衬底，通过氢氧化钠溶液辅助固化pmma膜以及ws2(er+yb)层脱离衬底，得到pmma膜-ws2(er+yb)层，利用pdms转移方法将pmma膜-ws2(er+yb)层转移到另一生长有wse2(er+yb)层的单层衬底上，形成垂直范德华异质结；然后在丙酮中浸泡并清洗掉pmma层，留下贴合的ws2(er+yb)/wse2(er+yb)范德华异质结。
5、步骤3、制备范德华异质结电极器件。
6、优选的，步骤3中，制备范德华异质结电极器件的过程为：ws2(er+yb)/ws e2(er+yb)范德华异质结表面先后旋涂lor光刻胶和s1805光刻胶，并分别进行软烤处理，得到软烤光刻胶后的样品一，然后在样品一的选定区域进行激光直写，转移电极图案到样品一上，得到的样品二用显影液去除变质lor光刻胶和s1805光刻胶，并清洗后得到样品三，通过磁控溅射技术对样品三镀上铬和金得到样品四，样品四浸泡在丙酮中溶解lor光刻胶和s1805光刻胶，并在显微镜下剥离多余金属层，得到范德华异质结电极器件。
7、优选的，步骤1中借助两温区管式炉进行化学气相沉积反应，得到生长有ws2(er+yb)层的单层衬底以及生长有wse2(er+yb)层的单层衬底的具体步骤为：
8、步骤1.1、将硫粉或硒粉平铺在刚玉舟底部，放入温区ⅰ，将氧化钨粉末、氯化钠催化剂、氯化铒以及氯化镱掺杂剂平铺在另一刚玉舟底部放入温区ⅱ，将超声波清洗后的sio2/si硅片倒扣在温区ⅱ的刚玉舟上；
9、步骤1.2，硫粉或硒粉，氧化钨粉末、氯化钠催化剂、氯化铒以及氯化镱掺杂剂放置完成后封闭石英管，关闭进气阀与出气阀，将石英管内气压抽至真空(<1pa)，随后打开进气阀用流速为300sccm的氩气，将石英管内充气至标准大气压，再将氩气流速保持66sccm，打开出气阀保持管内正常气体流动；
10、步骤1.3，调节温区ⅰ、温区ⅱ的温度，温区ⅱ升温至950℃过程中通入的ar气保持流速66sccm，达到950℃前两分钟，将ar气换成ar90％以及h210％的氩氢混合气体，保持流速66sccm反应10min，10min后，得到生长有ws2(er+y本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于稀土离子共掺杂技术的WS2(Er3++Yb3+)/WSe2(Er3++Yb3+)光探测器，其特征在于，包括以下制备步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于稀土离子共掺杂技术的WS2(Er3++Yb3+)/WSe2(Er3++Yb3+)光探测器，其特征在于，步骤3中，制备范德华异质结电极器件的过程为：WS2(Er+Yb)/WSe2(Er+Yb)范德华异质结表面先后旋涂LOR光刻胶和S1805光刻胶，并分别进行软烤处理，得到软烤光刻胶后的样品一，然后在样品一的选定区域进行激光直写，转移电极图案到样品一上，得到的样品二用显影液去除变质LOR光刻胶和S1805光刻胶，并清洗后得到样品三，通过磁控溅射技术对样品三镀上铬和金得到样品四，样品四浸泡在丙酮中溶解LOR光刻胶和S1805光刻胶，并在显微镜下剥离多余金属层，得到范德华异质结电极器件。
3.根据权利要求1所述的一种基于稀土离子共掺杂技术的WS2(Er3++Yb3+)/WSe2(Er3++Yb3+)光探测器，其特征在于，步骤1中借助两温区管式炉进行化学气相沉积反应，得到生长有WS2(Er+Yb)层的单
4.根据权利要求3所述的一种基于稀土离子共掺杂技术的WS2(Er3++Yb3+)/WSe2(Er3++Yb3+)光探测器，其特征在于，步骤1.3中，制备生长有WS2(Er+Yb)层的单层衬底时，调节温区Ⅰ、温区Ⅱ的稳定的具体步骤如下：温区Ⅰ保持室温，在50min时开始升温，在70min时达到200℃，维持该温度10min，随后开始降温，温区Ⅱ设置在室温下70min时升温到950℃，温区Ⅱ升温到150℃时关闭进气阀与出气阀，将石英管内气压抽至真空(<1Pa)，随后打开进气阀用流速为300sccm的氩气，将石英管内充气至标准大气压，再将氩气流速保持66sccm，打开出气阀保持管内正常气体流动，升温到950℃后保持10min，随后开始降温。
5.根据权利要求3所述的一种基于稀土离子共掺杂技术的WS2(Er3++Yb3+)/WSe2(Er3++Yb3+)光探测器，其特征在于，步骤1.3中，制备生长有WSe2(Er+Yb)层的单层衬底时，调节温区Ⅰ、温区Ⅱ的稳定的具体步骤如下：温区Ⅰ保持室温，在50min时开始升温，在70min时达到380℃，维持该温度10min，随后开始降温，温区Ⅱ设置在室温下70min时升温到950℃，温区Ⅱ升温到150℃时关闭进气阀与出气阀，将石英管内气压抽至真空(<1Pa)，随后打开进气阀用流速为300sccm的氩气，将石英管内充气至标准大气压，再将氩气流速保持66sccm，打开出气阀保持管内正常气体流动，升温到950℃后保持10min，随后开始降温。
6.根据权利要求1所述的一种基于稀土离子共掺杂技术的WS2(Er3++Yb3+)/WSe2(Er3++Yb3+)光探测器，其特征在于，用微区定点转移法，将PMMA溶液涂覆在生长有WS2(Er+Yb)层的单层衬底上并加热得到涂覆有固化PMMA膜的生长有WS2(Er+Yb)层的单层衬底的具体步骤如下：首先使用滴管将配置好的PMM A溶液均匀旋涂在生长有WS2(Er+Yb)层的单层衬底上，转速设置为500rpm时间5s，3500rmp时间35s，随后将旋涂后且生长有WS2(Er+Yb)层的单层衬底转移至加热台，80℃加热10s使PMMA膜层固化，得到涂覆有固化PMMA膜的生长有WS2(Er+Yb)层的单层衬底。
7.根据权利要求1所述的一种基于稀土离子共掺杂技术的WS2(Er3++Yb3+)/WSe2(Er3++Yb3+)光探测器，其特征在于，通过氢氧化钠溶液辅助固化PMMA膜以及WS2(Er+Yb)层脱离衬底，得到PMMA膜-WS2(Er+Yb)层的具体步骤为：将涂覆有固化PMMA膜的生长有WS2(Er+Yb)层的单层衬底划成小块后，浸泡在80℃的氢氧化钠溶液中，加热10min，辅助固化PMMA膜以及WS2(Er+Yb)层脱离衬底，得到PMMA膜-WS2(Er+Yb)层，用洁净的载玻片将PMMA膜-WS2(Er+Yb)层捞出，放入去离子水中浸泡10min洗去氢氧化钠溶液。
8.根据权利要求1所述的一种基于稀土离子共掺杂技术的WS2(Er3++Yb3+)/WSe2(Er3++Yb3+)光探测器，其特征在于，利用PDMS转移方法将PMMA膜-WS2(Er+Yb)层转移到另一生长有WSe2(Er+Yb)层的单层衬底上，形成垂直范德华异质结；然后在丙酮中浸泡并清洗掉PMMA层，留下贴合的WS2(Er+Yb)/WSe2(Er+Yb)异质结的具体步骤为：将配置好...
【技术特征摘要】
1.一种基于稀土离子共掺杂技术的ws2(er3++yb3+)/wse2(er3++yb3+)光探测器，其特征在于，包括以下制备步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于稀土离子共掺杂技术的ws2(er3++yb3+)/wse2(er3++yb3+)光探测器，其特征在于，步骤3中，制备范德华异质结电极器件的过程为：ws2(er+yb)/wse2(er+yb)范德华异质结表面先后旋涂lor光刻胶和s1805光刻胶，并分别进行软烤处理，得到软烤光刻胶后的样品一，然后在样品一的选定区域进行激光直写，转移电极图案到样品一上，得到的样品二用显影液去除变质lor光刻胶和s1805光刻胶，并清洗后得到样品三，通过磁控溅射技术对样品三镀上铬和金得到样品四，样品四浸泡在丙酮中溶解lor光刻胶和s1805光刻胶，并在显微镜下剥离多余金属层，得到范德华异质结电极器件。
3.根据权利要求1所述的一种基于稀土离子共掺杂技术的ws2(er3++yb3+)/wse2(er3++yb3+)光探测器，其特征在于，步骤1中借助两温区管式炉进行化学气相沉积反应，得到生长有ws2(er+yb)层的单层衬底以及生长有wse2(er+yb)层的单层衬底的具体步骤为：
4.根据权利要求3所述的一种基于稀土离子共掺杂技术的ws2(er3++yb3+)/wse2(er3++yb3+)光探测器，其特征在于，步骤1.3中，制备生长有ws2(er+yb)层的单层衬底时，调节温区ⅰ、温区ⅱ的稳定的具体步骤如下：温区ⅰ保持室温，在50min时开始升温，在70min时达到200℃，维持该温度10min，随后开始降温，温区ⅱ设置在室温下70min时升温到950℃，温区ⅱ升温到150℃时关闭进气阀与出气阀，将石英管内气压抽至真空(<1pa)，随后打开进气阀用流速为300sccm的氩气，将石英管内充气至标准大气压，再将氩气流速保持66sccm，打开出气阀保持管内正常气体流动，升温到950℃后保持10min，随后开始降温。
5.根据权利要求3所述的一种基于稀土离子共掺杂技术的ws2(er3++yb3+)/wse2(er3++yb3+)光探测器，其特征在于，步骤1.3中，制备生长有wse2(er+yb)层的单层衬底时，调节温区ⅰ、温区ⅱ的稳定的具体步骤如下：温区ⅰ保持室温，在50min时开始升温，在70min时达到380℃，维持该温度10min，随后开始降温，温区ⅱ设置在室温下70min时升温到950℃，温区ⅱ升温到150℃时关闭进气阀与出气阀，将石英管内气压抽至真空(<1pa)，随后打开进气阀用流速为300sccm的氩气，将石英管内充气至标准大气压，再将氩气流速保持66sccm，打开出气阀保持管内正常气体流动，升温到950℃后保持10min，随后开始降温。
6.根据权利要求1所述的一种基于稀土离子共掺杂技术的ws2(er3++yb3+)/wse2(er3++yb3+)光探测器，其特征在于，用微区定点转移法，将pmma溶液涂覆在生长有ws2(er+yb)层的单层衬底上并加热得到涂覆有固化pmma膜的生长有ws2(er+yb)层的单层衬底的具体步骤如下：首先使用滴管将配置好的pmm a溶液均匀旋涂在生长有ws2(er+yb)层的单层衬底上，转速设置为500rpm时间5s，3500rmp时间35s，随后将旋涂后且生长有ws2(er+yb)层的单层衬底转移至加热台，80℃加热10s使pmma膜层固化，得到涂覆有固化pmma膜的生长有ws2(er+yb)层的单层衬底。
7.根据权利要求1所述的一种基于稀土离子共掺杂技术的ws2(er3++yb3+)/wse2(er3++yb3+)光探测器，其特征在于，通过氢氧化钠溶液辅助固化pmma膜以及ws2(er+yb)层脱离衬底，得到pmma膜-ws2(er+yb)层的具体步骤为：将涂覆有固化pmma膜的生长有ws2(er+yb)层的单层衬底划...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘小红，赵洪泉，张炜，石轩，
申请(专利权)人：中国科学院重庆绿色智能技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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