[发明专利]硫系化物薄膜、包括其的装置和形成该薄膜的方法

说明书

本发明涉及一种硫系化物薄膜，其包括具有式MCsubgt;x/subgt;的贵金属硫系化物材料。M可代表贵金属，C可代表硫族元素，x可以是等于或大于1.4且小于2的任意一个正值。在光入射到所述硫系化物薄膜上时，所述硫系化物薄膜可被配置成产生电子和空穴。本发明提供了一种具有增加的空位或缺陷的硫系化物薄膜的制备方法，其中，增加的空位或缺陷可能导致带隙的降低，并增加在诸如中红外的波长范围下的吸收。所述硫系化物薄膜用于包括光电检测器或太阳能电池在内的装置。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年9月2日提交的新加坡专利申请号为10201607347V的优先权，其内容在此以引用方式全部并入本申请。

技术领域

本公开的各个方面涉及硫系化物薄膜。本公开的各个方面涉及包括硫系化物薄膜的装置。本公开的各个方面涉及形成硫系化物薄膜的方法。

背景技术

已有很多关于中红外(mid-IR)辐射的研究，因为这样的波段包含了最常见的分子振动的指纹，并且由于大气中这种波长的透明窗口，该波段也可能相对不受影响地通过大气。此外，中红外辐射在光通信、红外成像和分析科学等新兴领域具有巨大的应用。

商用汞镉碲化物(HgCdTe)作为一种应用最广泛的中红外材料，表现出宽带响应，这可通过调整合金成分或外部改变工作温度来实现。锑化铟(InSb)是一种直接带隙半导体，已广泛用于短波中红外应用中。通过氮掺杂，InSb的工作范围可以扩展到～7μm。除了基于带间跃迁的这些材料之外，在过去的二十年中还开发了具有不同半导体交替层的化合物半导体超晶格，用于基于子带间跃迁的中红外光电子学。然而，上述中红外材料可能存在一些缺点，例如环境毒性、高成本和/或复杂的制造工艺。

二维(2D)材料具有原子厚度，并且由于其惊人的电学和光学性质而使材料科学、化学和物理学领域发生了革命性的变化。例如，石墨烯作为一种具有以蜂窝状排列的碳原子层的二维材料，由于其独特的光电性质，例如宽带吸收、超高载流子迁移率等，已在中红外应用中引起了广泛的兴趣。

然而，低吸收系数和短载流子寿命(在皮秒范围内)仍然是开发高性能中红外光电装置的主要问题。现有的挑战为寻找具有本征窄带隙的替代2D材料提供了动力。黑磷烯(Black phosphorene，BP)是近年来发现的一种2D层状材料，具有0.3eV～2.0eV的依赖性带隙。虽然层状BP可用于中红外光电探测器和调制器，但层状BP仅覆盖～4.1μm(0.3eV)的波长，并且还具有相对差的环境稳定性。另一方面，二维过渡金属硫系化物(TMDC)(MX₂，M＝Mo，W，X＝S，Se)由于较大的带隙和较低的载流子迁移率而不适用于中红外操作。因此，这些开发的TMDCs大多数不适用于低能量光谱范围的应用。

发明内容

本发明的各实施方式可提供一种硫系化物薄膜。所述硫系化物薄膜可包括具有式MC_x的贵金属硫系化物材料。M可代表贵金属。C可代表硫族元素。x可以是等于或大于1.4且小于2的任意一个正值。在光入射到所述硫系化物薄膜上时，所述硫系化物薄膜可被配置成产生电子和空穴。

本发明的各实施方式可提供一种包括硫系化物薄膜的装置。

本发明的各实施方式可提供一种形成硫系化物薄膜的方法。该方法可包括形成具有式MC_x的贵金属硫系化物材料。M可代表贵金属。C可代表硫族元素。x可以是等于或大于1.4且小于2的任意一个正值。在光入射到所述硫系化物薄膜上时，所述硫系化物薄膜可被配置成产生电子和空穴。

附图说明

当结合非限制性示例和附图考虑时，参考详细说明将更好地理解本发明，其中：

图1A示出了根据各实施方式的硫系化物薄膜的一般性说明。

图1B示出了根据各实施方式的光电检测器或太阳能电池。