[发明专利]一种基于各向异性二维材料的偏振光探测器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于各向异性二维材料的偏振光探测器及其制备方法，该偏振光探测器以第一导电类型的二维纳米片沟道层结合第二导电类型的具有各向异性的二维纳米片偏振光敏化半导体层搭建异质结结构，设置第一电极和第二电极分别位于偏振光敏化半导体层的两端侧与纳米片沟道层的表面接触，不与偏振光敏化半导体层接触，实现了可见光至红外波长范围内低噪声、高灵敏的近红外探测；另外其沟道层和偏振光敏化半导体层采用机械剥离法获得，并采用PVA/PDMS辅助干法转移技术将其两层层叠获得器件结构，该制备过程简单，技术成熟，设备易得，成本低廉，非常有利于商业化推广。

技术领域

本发明涉及偏振光探测技术领域，尤其涉及一种基于各向异性二维材料的偏振光探测器及其制备方法。

背景技术

对于具有平面内各向异性晶体结构的二维(2D)材料，电子和能带结构表现出高度的取向依赖性，这导致了有效质量、光吸收和电输运的强烈各向异性，在这类材料中产生了线性二向色性的独特特征。线性二向色性使其成为角分辨光电子应用的有希望的平台，如偏振光谱成像、偏振光电探测器和光学雷达。过去，具有超表面结构的光学介质已被广泛用于控制光的相位和偏振,但是，其复杂而昂贵的制造工艺是进一步实际应用的限制因素。由于几何各向异性，一维(1D)纳米线或纳米带如ZnO、InP和Sb₂S₃也可以表现出线性二向色性效应和偏振光探测能力，但是较小的长宽比阻碍了二向色性比，限制了器件制造的多样性。

最近，由于其固有的面内各向异性特性，低对称二维材料已成为偏振相关光学和电学应用的研究热点。例如，具有褶皱蜂窝结构的黑磷(b-P)在吸收、光致发光、载流子迁移率和热电传输等方面显示出明显的各向异性，从而实现了偏振敏感光电探测器和场效应晶体管等。受到黑磷各向异性特征的启发，来自同族V的黑砷(b-As)也被报道表现出面内光学和电学各向异性，电子迁移率的二色性比为2.68。此外，硒化锗(GeSe)、砷化锗(GeAs)、低对称性过渡金属二硫属化物(TMD)，如Td-WTe₂,1T-MoTe₂,ReS₂,ReSe₂也已被确定为具有强线性二色性的各向异性材料系统。另一方面，具有六方晶体结构的石墨烯和2H-TMD等高对称二维材料被认为是面内各向同性，但是缺乏偏振相关应用的潜力。

针对此类难题，本发明创造性的设计了一种新型的异质结结构材料体系，采用二维的纳米片沟道材料和具有各向异性的二维的纳米片偏振光敏化材料，进一步开发了通讯波段内稳定高效的偏振光探测器。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种基于各向异性二维材料的偏振光探测器及其制备方法。该偏振光探测器采用第一导电类型的二维纳米片沟道材料层，结合第二导电类型的二维纳米片偏振光敏化材料，搭建了异质结结构，促进了光激发电子-空穴对的分离，同时引入了光栅效应，增大了光响应度和灵敏度，实现了高性能的偏振敏感光电探测器。另一方面，本发明通过机械剥离法获得二维纳米片材料薄层，结合PVA/PDMS辅助干法转移技术将二维纳米片偏振光敏化材料层转移至二维纳米片沟道材料层的表面，成功实现了该偏振光探测器的制备，该工艺方法过程简单、技术成熟、室温操作且成本低廉，非常有利于大规模制备和应用。

基于上述目的，本发明至少提供如下技术方案：

本发明的一方面提供一种基于各向异性二维材料的偏振光探测器，包括：第一导电类型的二维纳米片沟道层；第二导电类型的各向异性的二维纳米片偏振光敏化半导体层，位于所述纳米片沟道层的表面；第一电极和第二电极，分别位于所述偏振光敏化半导体层的两端侧，与所述纳米片沟道层的表面接触，不与所述偏振光敏化半导体层接触。

优选地，所述纳米片沟道层选用过渡金属硫属化物(TMDs)。

优选地，所述纳米片沟道层选用WSe₂、WS2、MoS2或MoSe₂。