[发明专利]基于GdIG辅助的双异质结柔性光电探测器、制备及应用

说明书

本发明公开了一种基于GdIG辅助的双异质结柔性光电探测器、制备及应用，该探测器包括PET基底、二硫化钼薄膜、钆铁石榴石插层、石墨烯薄膜、单壁碳纳米管薄膜和金属电极。该探测器通过构建双范德瓦尔斯异质结，加速载流子的分离，提升器件的响应度；通过不同材料的结合金属实现从可见光到近红外波段的宽光谱响应。利用具有优异的均匀性和连续性的钆铁石榴石薄膜作为中间层来优化双异质结界面，提高异质结间的势垒高度，阻挡多数载流子暗电流，提升器件探测弱信号的能力，以满足对高性能柔性光电探测器的重大需求。

技术领域

本发明属于材料科学，光电器件，半导体器件及微纳加工制造技术领域，具体涉及一种基于GdIG辅助的双异质结柔性光电探测器、制备方法及其应用。

背景技术

近年来，开发新一代电子应用器件的需求不断增加，如生物集成传感器和柔性可穿戴设备等。这些应用场景对半导体材料提出了新的要求，需要其具有独特的机械、光学、电学等性能。柔性光电探测器是开发柔性可穿戴系统的基本元件，可广泛用于健康监测、环境监测、人机交互、柔性显示等。通过制备范德瓦尔斯异质结构就可以像制作三明治一样可以将二维材料随意堆叠组合，而不用考虑晶格失配的问题。种类繁多的二维材料为制备二维范德瓦尔斯异质结构提供了一个广阔的材料基础。但是由于低维材料构建的柔性光电探测器，大部分都是基于光伏效应原理，以及对低维材料的掺杂难以稳定调节控制，导致会产生较大暗电流，影响器件探测弱信号的能力。因此，寻找合适的材料以及结构对构建高性能的柔性光电探测器有着极其深远的意义。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种基于GdIG辅助的双异质结柔性光电探测器及其制备方法，该探测器通过构建双范德瓦尔斯异质结，加速载流子的分离，提升器件的响应度；通过不同材料的结合金属实现从可见光到近红外波段的宽光谱响应。利用具有优异的均匀性和连续性的钆铁石榴石薄膜作为中间层来优化双异质结界面，提高异质结间的势垒高度，阻挡多数载流子暗电流，提升器件探测弱信号的能力，以满足对高性能柔性光电探测器的重大需求。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

本发明一方面，提供了一种基于GdIG辅助的双异质结柔性光电探测器的制备方法，包括如下步骤：

1)取PET基底，清洗干净；

2)在PET基底上沉积一层金属Al，形成铝掩壁，并在金属Al表面定义方形窗口；

3)在所述窗口上均匀旋涂二硫化钼分散液，烘干，形成二硫化钼薄膜；

4)控制磁控溅射的条件，溅射钆铁石榴石薄膜到所形成的窗口中的二硫化钼薄膜表面，获得一层钆铁石榴石插层；

5)去除铝掩壁，获二硫化钼薄膜和上层的钆铁石榴石插层薄膜；

6)制备石墨烯薄膜并转移到PET基底上，完全覆盖钆铁石榴石插层和二硫化钼薄膜表面；

7)通过光刻和等离子体工艺刻蚀石墨烯薄膜边缘，得到石墨烯薄膜；

8)通过紫外光刻和电子束沉积技术在石墨烯薄膜上面沉积一层金属Al，在金属Al表面定义方形窗口；

9)控制磁控溅射的条件，溅射钆铁石榴石薄膜到所形成的窗口中的石墨烯薄膜表面，形成钆铁石榴石插层；

10)在所形成的钆铁石榴石插层上均匀旋涂单壁碳纳米管分散液，烘干，形成单壁碳纳米管薄膜；

11)去除金属Al，获得单壁碳纳米管薄膜和下层的钆铁石榴石插层；

12)在所得到石墨烯薄膜两端和单壁碳纳米管薄膜两端制备探测器的金属电极，得到基于GdIG辅助的双异质结柔性光电探测器。