[发明专利]一种基于二维二硫化钼-二硫化铼异质结的光电子器件、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种基于二维MoS₂‑ReS₂异质结的光电子器件，包括：N型本证衬底层；设置于所述N型本证衬底层上的绝缘层；设置于所述绝缘层上的MoS₂层和ReS₂层，所述MoS₂层与所述ReS₂层范德瓦尔斯接触，形成MoS₂‑ReS₂异质结；设置于所述ReS₂层的第一金属过渡层，设置在所述MoS₂层上的第二金属过渡层；以及，设置于所述第一过渡金属层和第二过渡金属层上的电极层；所述MoS₂层为MoS₂单晶层，所述ReS₂层包括3～10层ReS₂单晶层；所述第一金属过渡层的材料与多数第二金属过渡层的材料不同。还公开了一种制备上述光电子器件的方法。该光电子器件具有极低漏电流，高开关比，极强弱光探测性能。

技术领域

本发明属于光电子功能器件领域，具体涉及一种基于二维MoS₂-ReS₂异质结的光电子器件及其制备方法。

背景技术

自2004年曼彻斯特大学安德烈·海姆教授机械剥离出石墨烯后，二维材料已经成为近十余年的研究热点；而由于石墨烯的零禁带特性限制了其在光电子领域的发展，此后类石墨烯的其他二维材料如雨后春笋，成为了近十余年的研究热点。

过渡金属硫族化合物(TMDCs)被发现拥有独特的电学和光学性质。相较于石墨烯，过渡金属硫族化合物不仅具有石墨烯本身的优异性质，最重要的是随层数不同可改变调控它的带隙(如MoS₂，在由块材向单层转变时会发生1.3eV间接带隙到1.8eV直接带隙的转变)，这一性质可用于光电探测、光伏领域，有望成为新一代光电子器件的二维平台，为后摩尔时代集成化电子器件的研究开辟了新的方向。

ReS₂作为一种特殊的过渡金属硫族化合物，具有强层内各向异性和弱层间耦合的特性，且不具备直接带隙转变特性，即直接带隙不随层数而改变。这意味着在保持类似二维材料的光伏特性的同时，能通过多层结构吸收更多的光，并获得更高的光增益，其机制来源于ReS₂中的缺陷态，相当于光电子的陷阱，已知ReS₂基光电探测器光电响应率高达88600A/W,比单纯硫化钼高出5000倍。但它也存在致命缺点，即载流子迁移率不够高，这直接表现为光电探测器的响应时间不够高。

二维材料异质结采用原子级厚的范德瓦尔斯异质结构，不受量子限域效应的制约，能确保在保证异质基元各自特性的同时，形成“1+12”的协同效应。

发明内容

鉴于上述，本发明的目的是提供一种基于二维MoS₂-ReS₂异质结的光电子器件及其制备方法，该光电子器件具有极低漏电流，高开关比，极强弱光探测性能。

本发明的一个实施方式提供了一种基于二维MoS₂-ReS₂异质结的光电子器件，包括：

N型本证衬底层；

设置于所述N型本证衬底层上的绝缘层；

设置于所述绝缘层上的MoS₂层和ReS₂层，所述MoS₂层与所述ReS₂层范德瓦尔斯接触，形成MoS₂-ReS₂异质结；

设置于所述ReS₂层的第一金属过渡层，设置在所述MoS₂层上的第二金属过渡层；以及，

设置于所述第一过渡金属层和第二过渡金属层上的电极层；