[发明专利]一种基于悬空氮化硅薄膜增强二硫化钼荧光的方法

说明书

本发明公开了一种基于悬空氮化硅薄膜增强二硫化钼荧光的方法，用二硫化钼作为发光材料，悬空氮化硅薄膜作为衬底，在氮化硅薄膜背面镀银并刻蚀纳米阵列。通过银纳米阵列激发表面等离子激元产生双共振，增加二硫化钼光的吸收效率和量子产生效率，使二硫化钼荧光增强；悬空氮化硅薄膜的应用减少了衬底对二硫化钼的影响，进一步增强了荧光。本发明增强荧光的方法所使用的结构简单且易于加工，增强荧光的效果显著。本发明中设计的结构可应用于发光器件，通过增加电极，调节背栅电压，实现二硫化钼荧光强度的调控。

技术领域

本发明涉及纳米光子学技术领域，尤其涉及一种基于悬空氮化硅薄膜增强二硫化钼荧光的方法。

背景技术

二硫化钼属于过渡金属二硫化物，是一种新型的二维材料，具有禁带宽度可调节、载流子迁移率高等特点，可以应用于很多领域。例如，在光电探测方面，二硫化钼有高的光吸收率和宽光谱吸收范围，因而适合于用来制作光电探测器；二硫化钼还可以用于制作场效应晶体管以及光电池。此外，不同层数二硫化钼的禁带宽度不一样。多层二硫化钼是间接带隙半导体，随着层数的降低，由于量子限域效应和边界效应，导致其禁带宽度变宽，单层二硫化钼就变成了直接带隙半导体。二硫化钼这种能带可调控的性质，使其可制作不同响应波长的光电器件。二硫化钼可发光的性质使它在发光器件方面有着不小的应用潜力。但二硫化钼的本征荧光强度弱，吸收效率和量子发射效率都比较低。因此若要利用二硫化钼制作发光器件，必须提高二硫化钼的荧光强度。

制约二硫化钼荧光强度的原因有很多，首先就是二硫化钼的吸收效率低。单层二硫化钼的厚度仅为0.65 nm，超薄的厚度使得二硫化钼分子捕获光子的能力低下。二硫化钼的吸收效率低下，导致二硫化钼能带中产生的激子数少，进而影响到二硫化钼的荧光强度。

除此以外，硅衬底对二硫化钼荧光的强度也有着影响。硅衬底与二硫化钼交界处的缺陷会捕获二硫化钼受光照后产生的激子，继而使荧光的强度降低。因此，寻找一种简单又有效增强二硫化钼荧光的方法是很有必要的。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种基于悬空氮化硅薄膜增强二硫化钼荧光的方法，解决二硫化钼本征荧光弱以及硅衬底对二硫化钼的影响。

技术方案：一种基于悬空氮化硅薄膜增强二硫化钼荧光的方法，选用悬空氮化硅薄膜作为衬底，在氮化硅薄膜背面镀银并刻蚀纳米阵列，二硫化钼薄膜位于氮化硅薄膜正面，利用银纳米阵列作为超表面激发表面等离子双共振，银纳米阵列所激发的表面等离子双共振波长分别与激发光的波长以及二硫化钼的荧光波长匹配。

进一步的，所述银纳米阵列的每个单元由不同的矩形槽阵列构成，通过改变矩形槽的参数调控表面等离子双共振的波长。

进一步的，所述银纳米阵列的周期为400 nm，银层厚度为50 nm，氮化硅薄膜的厚度为50 nm。

进一步的，所述银纳米阵列的每个单元由四个矩形槽阵列构成，对角上的两个矩形槽参数相同，矩形1的长宽分别为85 nm和85 nm，矩形2的长宽分别为85 nm和155 nm；以逆时针依次定义为矩形Ⅰ至矩形Ⅳ，矩形Ⅰ的长宽分别为85 nm和85 nm，矩形Ⅱ的长宽分别为85 nm和155 nm，矩形Ⅰ和矩形Ⅱ的间隔为65nm，矩形Ⅲ和矩形Ⅳ的间隔为65 nm，矩形Ⅰ和矩形Ⅳ的间隔为75 nm。

进一步的，通过给结构增加电极，调节电压，实现对二硫化钼荧光的调控。