一种基于二维功能材料制备柔性光探测器的方法技术

一种基于二维功能材料制备柔性光探测器的方法，本发明专利技术涉及光探测器的制备方法。本发明专利技术是要解决现有的现有的柔性光探测器的光刻工艺技术成本高且难以实现批量化生产的技术问题。方法：一、制备半导体材料单晶硒化镓或单晶硫化镓；二、用思高胶带在半导体材料表面粘贴-剥离；三、将二维结构半导体材料转移至基底上；四、将铜制掩膜覆到经步骤三处理的基底上，沉积金层和铬层；再去掉掩膜退火处理；五、利用半导体测试仪，筛选出步骤四得到的光探测器半成品中对紫外光有光电响应的电极对，即得到基于二维功能材料制备柔性光探测器。该光探测器紫外光响应度高达100AW-1以上。可作为微电子器件、光敏器件用于信息传输和储存领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光探测器的制备方法。
技术介绍
二维结构的纳米半导体材料有着独特的电学、光学、磁学和力学性能，而且该种材料与现代高科技的微纳加工技术相衔接，可以很好地实现微电子器件、光敏器件的高密度集成，在电子工业、能源转换方面有着巨大的应用潜力，有望成为下一代信息传输和储存的核心材料。随着电子技术的发展，半导体器件的特征尺寸不断降低，逐步由微米级别提高至纳米，在保证实现同样的电学、光学功能的前提下，就要求器件所使用的半导体材料维度的缩小，由原来的三维功能材料降低至二维甚至一维。一维半导体材料中碳纳米管是最具典型的代表，该种材料可以在纳米界面上表现出优越的电、光学性能，但是管状的结构特征限制了其加工性能，进而在微纳半导体电子器件上的应用有了局限性。现有的二维半导体材料有主要在制备技术上成本较高，所得到的材料大小、厚薄并不均一。由二维半导体材料制备的柔性光探测器仍然处于试验阶段，在构筑器件的加工技术中，常规的光刻工艺技术成本很高且难以实现批量化器件构筑。
技术实现思路
本专利技术要解决现有的柔性光探测器的光刻工艺技术成本高且难以实现批量化生产的技术问题，而提供。本专利技术的按以下步骤进行一、利用管式炉高温反应合成出半导体材料单晶硒化镓或单晶硫化镓；二、用思高胶带在步骤一制备的半导体材料表面粘贴-剥离5 50次，得到粘附在思高胶带上的二维结构半导体材料；三、将聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜基底清洗后，将步骤二获得的粘附有二维结构半导体材料的思高胶带粘在聚对苯二甲酸类塑料基底上，轻压排去胶带和基底间的气泡，静置I 10分钟后撕去思高胶带，用乙醇清洗基底除去残留的胶印，干燥后得到复合二维结构半导体材料的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜基底；四、将电极大小为ImmX 1mm、电极间距为10 ii m的铜制掩膜覆到经步骤三处理的基底上，利用真空镀膜机，在基底上的二维结构半导体材料表面先沉积厚度为40 60nm的金层，再沉积厚度为20 40nm铬层，完成了金/铬合金电极的制备；然后去掉铜制掩膜，将处理后的基底放在管式炉中，在温度为90°C 120°C，氩气与氢气的混合气氛中做退火处理0. 5 I. 5h，得到光探测器半成品；五、利用半导体测试仪，筛选出步骤四得到的光探测器半成品中对紫外光有光电响应的电极对，即得到基于二维功能材料的柔性光探测器。其中步骤一中单晶硒化镓的制备方法如下A、按镓与硒的摩尔比为I : (I. 3 2)称取分析纯镓粉与分析纯硒粉，并置于管式炉中，其中硒粉位于管式炉的低温区，镓粉位于管式炉的高低温区，并通入气流量为10 30SCCm常压氩气，氩气的流向为从低温区流向高温区；B、将低温区升温至400 600°C，同时将高温区的温度升至1000 1050°C，硒蒸汽随着氩气流动与镓进行接触并发生反应，反应时间30 45min ;再将管式炉降至室温，得到单晶硒化镓；其中步骤一中单晶硫化镓的制备方法如下A、按镓与硫的摩尔比为I : (I. 3 2)称取分析纯镓粉与分析纯硫粉，并置于管式炉中，其中硫粉位于管式炉的低温区，镓粉位于管式炉的高低温区，并通入气流量为10 30sCCm常压氩气，氩气的流向为从低温区流向高温区；B、将低温区升温至300 350°C，同时将高温区的温度升至1000 1050°C，硫蒸汽随着氩气流动与镓进行接触并发生反应，反应时间30 45min ;再将管式炉降至室温，得到单晶硫化嫁；其中步骤四中氩气与氢气的混合气中氩气与氢气的体积比为9 I。 本专利技术将简单的胶带剥离层状半导体的方法引入二维结构硫化镓的制备过程中，以合成出的硒化镓/硫化镓体材料为母体，借助思高胶带，将硒化镓/硫化镓小片层转移到透明柔性的聚对苯二甲酸类塑料基底上，再以铜制掩膜图案为模版利用真空热蒸镀方法制备了金铬合金电极，最后通过光电性能测试筛选出有效的位置，制备的光探测器大小可以人为控制，取决于掩膜板的设计方案，后期可以很好的实现多类元器件高密度的集成。本专利技术具有如下优点一、本专利技术在制备二维纳米材料的方法上选取胶带这种低成本、易操作的工具，方便的分离、转移出了厚度仅有几个纳米的片层半导体；二、本专利技术在制备器件电极的工艺上，选择真空热蒸镀的方法较常规的磁控溅射制备电极成本大大降低，材料与电极接触良好，阻抗很低；三、本专利技术因为采用柔性、透明的聚对苯二甲酸类塑料为材料的作用基底，所以制备的光探测器可以任意的弯曲、且透光性好，单个器件大小在几百个微米左右，可通过大规模集成，制备高效的光电转换电池，且器件的形状和大小完全取决于所用的模板，具有很好的加工性能；在电子工业中采用此种材料可以实现电子器件、光电器件的微纳化、高密度集成化，制备出体型更小、质量更轻、性能更稳定的电子产品，进一步满足人们在现实生活中的种种需求。本专利技术制备的基于二维功能材料的柔性光探测器中二维半导体材料厚度约为I 7nm，制备的光探测器紫外光响应度高达100AW-1以上。附图说明图I是试验一经步骤二得到的粘附在思高胶带上的硫化镓的扫描电镜照片；图2是试验一经步骤二得到的粘附在思高胶带上的硫化镓的原子力照片；图3是图2中沿线段ab的厚度曲线图；图4是试验一经步骤四制备的光探测器半成品的照片；图5是试验一经步骤五得到的一个基于二维硫化镓的柔性光探测器局部的扫描电镜照片；图6是试验一经步骤五得到的一个基于二维硫化镓的柔性光探测器的在不同光波长下的伏安特性曲线图，其中a为无光照、偏置电压在IV时的伏安特性曲线山为光照波长为610nm、强度在0. 5W/cm2、偏置电压在IV时的伏安特性曲线；c为光照波长为550nm、强度在0. 5W/cm2、偏置电压在IV时的伏安特性曲线；d为光照波长为490nm、强度在0. 5W/cm2、偏置电压在IV时的伏安特性曲线；e为光照波长为365nm、强度在0. 5W/cm2、偏置电压在IV时的伏安特性曲线；f为光照波长为254nm、强度在0. 5W/cm2、偏置电压在IV时的伏安特性曲线；图7是根据图6绘制的在不同光波长下的光电流变化曲线图；图8是试验一制备的一个基于二维硫化镓的柔性光探测器的在不同光照强度下的伏安特性曲线图8，其中a是光照波长为254nm、偏置电压为IV、光照强度为OmW/cm2时的伏安特性曲线山是光照波长为254nm、偏置电压为IV、光照强度为0. 281mff/cm2时的伏安特性曲线是光照波长为254nm、偏置电压为IV、光照强度为0. 359mff/cm2时的伏安特性曲线；d是光照波长为254nm、偏置电压为IV、光照强度为0. 491mff/cm2时的伏安特性曲线；e是光照波长为254nm、偏置电压为IV、光照强度为0. 545mff/cm2时的伏安特性曲线；f是光照波长为254nm、偏置电压为IV、光照强度为0. 646mff/cm2时的伏安特性曲线；g是光照波长 为254nm、偏置电压为IV、光照强度为0. 744mff/cm2时的伏安特性曲线；图9是根据图8绘制的不同光强下硫化镓薄层光探测器的光电流变化曲线图；图10是试验一制备的一个基于二维硫化镓的柔性光探测器的光电时间响应曲线图。具体实施例方式具体实施方式一本实施方式的按以下步骤进行一、利用管式炉高温反应合成出半导体材料单晶硒化镓或单晶硫化镓；二、用思高胶带在步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡平安，文振忠，张荣福，曹文武，杨彬，张甲，王晓娜，王立峰，李晓超，李俊杰，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：