[发明专利]基于多层二维材料的平面光致电子发射源

权利要求书

1.一种基于多层二维材料的平面光致电子发射源，其特征在于，包括泵浦源、阴电极、栅电极、电子收集器、范德华异质结，所述范德华异质结包括依次设置的石墨烯材料、绝缘二维材料、过渡金属硫化物材料，所述过渡金属硫化物材料是具有MX2型的一类半导体，其中M代表过渡金属，所述过渡金属包括Mo、W，X代表硫族元素，所述硫族元素S、Se、Te，其中：

所述泵浦源和过渡金属硫化物材料相互作用、用于过渡金属硫化物材料中的价电子发生跃迁；

所述阴电极与过渡金属硫化物材料相连接，所述阴电极用于提供电子；

所述栅电极与石墨烯材料相连接，用于为栅极提供偏压，降低材料势垒；

所述电子收集器用于收集所述范德华异质结发射的电子束；

所述平面光致电子发射源还包括作为衬底的透明绝缘介质，所述透明绝缘介质位于所述范德华异质结的下层；

所述阴电极、栅电极分别是在所述透明绝缘介质材料衬底上进行溅射制备获得。

2.根据权利要求1所述的基于多层二维材料的平面光致电子发射源，其特征在于：

所述泵浦源的工作波段在可见光范围内选择，且与过渡金属硫化物材料的电子能带带隙宽度匹配。

3.根据权利要求1所述的基于多层二维材料的平面光致电子发射源，其特征在于，所述范德华异质结是利用块状材料机械剥离-转移方法制备获得，面积为10μm²-100μm²，厚度为1nm-10nm。

4.根据权利要求1所述的基于多层二维材料的平面光致电子发射源，其特征在于，所述阴电极、栅电极是在过渡金属硫化物材料、石墨烯材料上进行电子束光刻和溅射制备获得。

5.根据权利要求4所述的基于多层二维材料的平面光致电子发射源，其特征在于，所述范德华异质结是化学气相沉积方法制备获得，面积在0.01cm²-2cm²，厚度为1nm-10nm。

6.根据权利要求1所述的基于多层二维材料的平面光致电子发射源，其特征在于，所述阴电极和栅电极分别施加电压于过渡金属硫化物材料与石墨烯材料，当栅极电压高于阴极电压时，所述石墨烯材料的费米能级相对低于过渡金属硫化物的费米能级；当栅极和阴极之间的偏压大于石墨烯材料的逸出功时，所述过渡金属硫化物的费米能级超过石墨烯材料的真空能级。

7.根据权利要求6所述的基于多层二维材料的平面光致电子发射源，其特征在于，所述过渡金属硫化物和光相互作用后导带中存在光生载流子，所述光生载流子发生量子隧穿效应，穿过势垒进入绝缘层材料，并在所述绝缘层材料产生的电场作用下通过绝缘层材料，进入石墨烯材料；且进入石墨烯材料的载流子平均能量高于石墨烯材料的真空能级。