[发明专利]悬浮二维材料光致发光的光电调控器及制备、调控方法

说明书

本发明公开了一种悬浮二维材料光致发光的光电调控器及制备、调控方法，利用化学气相沉积系统在SOI衬底上镀30nm氧化层，并利用聚焦离子束刻蚀技术在SOI衬底上刻蚀覆盖有氧化层的Si纳米条，再利用干法转移将单层或双层WS₂扣在Si纳米条上方，然后在WS₂上定点添加的源漏电极，在Si纳米条刻蚀区域镀金作为栅极，形成光电调控器。本发明制备方法简单快捷，稳定性高，所制备的光电调控器厚度非常薄，具有很高的响应速度，通过光电调制器可以观察到了对单层和双层WS₂光致发光的反常调控，增强WS₂的光致发光的同时，引入静电掺杂和应力机制。

技术领域

本发明属于悬浮二维材料光致发光技术领域，涉及一种悬浮二维材料光致发光的光电调控器及制备、调控方法。

背景技术

单层或者双层过渡金属硫化物（TMDC）具有独特的物理性质和发光特性。此前，等离激元纳米结构和光子晶体结构被设计用来增强光与物质的相互作用，从而增强TMDC层状材料的激子发光。近来，可以产生Mie共振的全介质纳米结构为纳米光子学领域的应用带来了新的机制。在调控二维材料发光的应用中，最理想的情况是同时实现光致发光信号的放大和实时调控。对于二维材料光致发光调控的研究主要集中在单层TMDC中，而对于双层TMDC却很难观察到电致调控现象。目前针对二维材料光致发光的调控主要通过施加栅极电压来进行，栅极电压的改变会引起单层TMDC不同程度的静电掺杂和载流子浓度变化，从而改变激子发光，而使用纳米化的栅极来实现静电掺杂，是否会有不一样的物理效应，值得进一步研究。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供一种悬浮二维材料光致发光的光电调控器及制备、调控方法，该制备方法简单快捷，稳定性高，所制备的光电调控器厚度非常薄，具有很高的响应速度，通过光电调制器可以观察到了对单层和双层WS₂光致发光的反常调控，增强WS₂的光致发光的同时，引入静电掺杂和应力机制。

本发明所采用的技术方案是，悬浮二维材料光致发光的光电调控器的制备方法，按照以下步骤进行：

步骤S1：准备SOI衬底，利用电感耦合等离子体化学气相沉积，在SOI衬底上镀30nmSiO₂膜；

步骤S2：利用FIB刻蚀技术对镀膜后的SOI衬底进行加工，刻蚀两个矩形区域，两矩形区域间距为200-1000nm，刻蚀深度为50-200nm，两矩形区域之间形成Si纳米条；

步骤S3：对WS₂单晶片进行机械剥离，然后将剥离后的WS₂转移到PDMS衬底上，并在显微镜下根据不同层数衬度不同的特点，区分单层、双层WS₂区域；

步骤S4：在显微镜下，将附着有WS₂的PDMS衬底倒扣置于移动平台上，并通过移动台将其转移到刻蚀好的SOI衬底上，缓缓下压后缓慢抬起，将WS₂片附着在刻蚀区域；

步骤S5：利用无掩模光刻，在Si纳米条两端处的WS₂上刻蚀封闭区域，通过电子束蒸镀在刻蚀封闭区域镀金膜，形成源漏电极，再通过电子束蒸镀在Si纳米条两边刻蚀露出Si层但未覆盖WS₂的区域镀金作为栅极。

进一步的，步骤S1中所述SOI衬底上层单晶硅纳米膜厚度为200nm，氧化层厚度为375nm。

进一步的，步骤S2中所述FIB刻蚀采用FIB-SEM双束工作站，刻蚀束流为5nA。

进一步的，步骤S2中所述两矩形长度为20μm-50μm，宽度为5μm-15μm。