范德华异质结紫外光电探测器的设计与性能研究
光学重构范德华异质结
光学重构范德华异质结引言：光学重构范德华异质结是一种新型的光学元件，能够实现对光传输和控制的高效优化。
本文将介绍光学重构范德华异质结的原理、制备方法和应用前景。
一、光学重构范德华异质结的原理光学重构范德华异质结是一种由不同材料构成的结构，其中包含了范德华力的调控。
范德华力是分子之间的吸引力，可以通过调节结构中的材料组成和排列方式来调控光的传输和控制。
光学重构范德华异质结利用范德华力的特性，实现对光的折射、反射和散射的精确控制。
二、光学重构范德华异质结的制备方法光学重构范德华异质结的制备方法主要有两种：自组装和纳米压印。
自组装方法是通过将不同材料的分子混合在一起，利用分子间的相互作用力使其自发地形成所需结构。
纳米压印方法则是利用纳米级的印刷技术，将不同材料的结构直接压印到基底上，形成所需结构。
三、光学重构范德华异质结的应用前景光学重构范德华异质结具有广泛的应用前景。
首先，它可以应用于光学通信领域，实现对光信号的高效控制和传输。
其次，它可以应用于光电子器件的设计与制备，提高器件的性能和可靠性。
此外，光学重构范德华异质结还可以应用于光学传感器和光学显微镜等领域，实现对光的高灵敏度检测和高分辨率成像。
四、光学重构范德华异质结的优势光学重构范德华异质结相比传统光学元件具有以下优势：1. 可实现对光的精确控制，具有更高的光学性能；2. 制备方法简单、成本低廉，可大规模生产；3. 可根据需求设计和调控结构，实现多样化的光学功能。
五、光学重构范德华异质结的挑战和展望光学重构范德华异质结在应用过程中仍然面临一些挑战。
首先，制备过程中需要精确控制材料的组成和排列方式，对制备工艺和设备要求较高。
其次，光学重构范德华异质结的可靠性和稳定性需要进一步提高，以满足实际应用的需求。
未来，随着材料科学和纳米技术的发展，光学重构范德华异质结在光学领域的应用前景将更加广阔。
结论：光学重构范德华异质结作为一种新型光学元件，具有在光学通信、光电子器件、光学传感器和光学显微镜等领域的广泛应用前景。
高性能PtS2
第42卷 第1期吉林大学学报(信息科学版)Vol.42 No.12024年1月Journal of Jilin University (Information Science Edition)Jan.2024文章编号:1671⁃5896(2024)01⁃0074⁃07高性能PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器收稿日期:2023⁃01⁃12基金项目:上海市自然科学基金资助项目(15ZR1627300)作者简介:潘生生(1995 ),男,合肥人,上海理工大学硕士研究生,主要从事二维光电材料研究,(Tel)86⁃187****3664(E⁃mail)2351948787@;通讯作者:袁涛(1983 ),女,上海人,上海理工大学教授,博士,主要从事新能源材料研究,(Tel)86⁃181****3228(E⁃mail)4673250167@㊂潘生生1,袁 涛1,周孝好2,王 振2(1.上海理工大学理学院,上海200093;2.中国科学院上海技术物理研究所,上海200092)摘要:由于光电探测器的工作性能直接关系到系统数据采集质量,为此,对高性能PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器进行了研究㊂通过选取材料㊁试剂和设备制作了PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器㊂搭建探测器性能测试环境,并利用光响应度㊁探测率㊁响应时间和光电导增益4个指标,分析探测器性能㊂结果表明,随着测试时间的推移,PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器的光响应度数值始终处于5A /W 限值以上;无论对采集何种材质反射的红外光,探测器探测率均大于10cm㊃Hz1/2W -1;无论光生电流是处于上升还是下降时间,其响应时间始终在限值150μs 以下;光电导增益值保持在80%以上㊂关键词:PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器;光响应度;探测率;光电导增益中图分类号:TP365.66文献标志码:AHigh Performance PtS 2/MoTe 2Heterojunction Infrared PhotodetectorPAN Shengsheng 1,YUAN Tao 1,ZHOU Xiaohao 2,WANG Zhen 2(1.College of Science,Shanghai University of Technology,Shanghai 200093,China;2.Shanghai Institute of Technical Physics,Chinese Academy of Sciences,Shanghai 200092,China)Abstract :As one of the important components of the detection system,the performance of photoelectric detector is directly related to the quality of system data acquisition.In order not to affect the final detection result,it is essential to ensure the detector performance.The performance of high performance PtS 2/MoTe 2heterojunction infrared photodetector is studied.First,the materials,reagents and equipment are prepared to make PtS 2/MoTe 2heterojunction infrared photodetectors.The detector performance test environment,the four indicators of light response,detection rate,response time and photoconductivity gain are set up,and the detector performance is analyzed.The results show that the optical responsivity of PtS 2/MoTe 2heterojunction infrared photodetector is always above the 5A /W limit with the passage of test time.The detection rate of the detector is greater than 10cm㊃Hz1/2W -1regardless of the infrared light reflected from any material.Whether the photocurrent is in the rising time or the falling time,its response time is always below the limit of 150μs;The photoconductivity gain value has been kept above 80%.Key words :PtS 2/MoTe 2heterojunction infrared photodetector;optical responsivity;detection rate;photoconductivity gain0 引 言目标检测是一个确定目标缺陷㊁故障㊁属性㊁类型的过程,其是很多领域的研究重点课题㊂在目标检测过程中,基础数据采集是首要环节,其质量直接关系到目标检测结果的准确性[1]㊂针对目标的不同,基础数据的采集手段也各不相同,如振动传感㊁雷达㊁光电探测系统等㊂其中,光电探测系统根据发射光的颜色不同,又分为紫外光㊁可见光及红外光等[2]㊂而其中红外光由于探测范围较为广泛,使其成为光电探测系统中的重要组成部分㊂其工作原理是反射光照射到半导体材料上后,会吸收光能量,则会触发光电导效应,从而将红外光转换为电信号[3]㊂红外光电探测器是整个探测系统的 核心”,因此其性能会直接影响数据采集质量,进而影响整个探测工作质量㊂基于上述分析,人们对红外光电探测器性能进行了大量分析研究㊂周国方等[4]以石墨烯材料为基础并利用碱刻蚀法合成金字塔状硅,形成异质结,制备近红外光探测器,并针对其响应速度㊁比探测率㊁光电流等性能进行了检测㊂秦铭聪等[5]首先选取探测器制备所需要的材料并制备了各个组成元件,然后将这些元件组合,构成了高性能近红外有机光探测器件,最后针对响应度和比探测率㊁线性动态范围LDR(Low Dynamic Range)㊁光开关特性和响应时间等性能进行了分析㊂皇甫路遥等[6]以二硫化钼和二硒化钨为基础,利用蒸镀机热蒸镀法制备成异质结光电探测器,然后针对该设备进行了拉曼荧光㊁输出㊁光电特性的分析㊂在上述研究基础上,笔者制备高性能PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器并对其性能进行研究,以期为红外光电探测器设计和应用提供参考㊂1 高性能PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器设计1.1 材料制备二硫化铂(PtS 2)是一种过渡金属硫族层间化合物,其光响应特性优秀,因此广泛用于光电探测器的设计中;二碲化钼(MoTe 2)是一种N 型半导体材料,具有良好的光吸收性㊁半导体特性以及同质结效率,可保证电子在其中迅速运动[7]㊂这两种材料是形成探测器光电导效应的主要原料㊂其基础性质如表1所示㊂表1 PtS 2和MoTe 2的性质 2和MoTe 2两种主要材料外,还需要衬底材料,以承载PtS 2和MoTe 2氧化硅,来自浙江精功科技股份有限公司,该硅片基础参数如下:氧化层厚度:50~200μm;晶向:〈100〉;掺杂类型:P;电阻率:1~3Ω㊃cm㊂1.2 试剂制备PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器制备所需试剂如表2所示㊂表2 探测器制备所需试剂57第1期潘生生,等:高性能PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器1.3 设备选取PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器制备所需设备如表3所示㊂表3 探测器制备所需设备Tab.3 Equipment required for detector preparation设备名称型号生产厂家旋涂仪SPIN200i⁃NPP 北京汉达森机械技术有限公司电子束蒸发系统FC /BCD⁃2800上海耀他科技有限公司扫描电子显微镜WF10X /23上海锦玟仪器设备有限公司鼓风干燥箱xud 东莞市新远大机械设备有限公司超声清洗机SB⁃50江门市先泰机械制造有限公司无掩模光刻机Micro⁃Writer ML3英国DMO 公司氮气枪沈阳广泰气体有限公司双温区管式炉MY⁃G3洛阳美优实验设备有限公司紫外曝光系统UVSF81T007356复坦希(上海)电子科技有限公司三维转移平台SmartCART北京昊诺斯科技有限公司1.4 红外光电探测器制作工艺基于表1~表3给出的制备材料㊁试剂和设备,制备出高性能PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器用于性能测试[9]㊂具体过程如下㊂步骤1) 制作衬底㊂①氧化硅片切割成直径为1cm 的圆形硅片;②将圆形硅片放入准备好的烧杯容器中;③在其中加入丙酮溶液,浸泡10min;④取出硅片后,放入乙醇溶液中,再次浸泡10min;⑤将硅片放入去离子水中并同时利用超声清洗机清洗5min,用氮气枪吹干表面的水分,完全去除附着在硅片表面的有机物和杂质;⑥利用氢氟酸溶液去除氧化层;⑦通过外延生长技术得到p 型硅;⑧进行紫外臭氧处理20min,得到衬底[10]㊂步骤2) 利用热辅助硒化法制备PtS 2和MoTe 2薄膜㊂步骤3) 将PtS 2薄膜贴到衬底上,得到薄层PtS 2样品㊂步骤4) 在薄层PtS 2样品上均匀旋涂上聚甲基丙烯酸甲酯㊂步骤5) 在显微镜和三维转移平台下将MoTe 2薄膜进行精确定位,然后对准并贴合在一起㊂步骤6) 利用鼓风干燥箱干燥处理㊂步骤7) 浸泡氢氟酸溶液㊁捞取㊁烘烤㊁去胶和退火,完成PtS 2/MoTe 2异质结制备[11]㊂图1 PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器示意图Fig.1 Schematic diagram of PtS 2/MoTe 2heterojunction infrared photodetector步骤8) 在PtS 2/MoTe 2异质结上光刻出图形,形成微结构㊂步骤9) 利用紫外曝光和湿法刻蚀工艺制备出晶体管栅极㊂步骤10) 利用电子束曝光结合电子束蒸发系统制备出源漏电极㊂步骤11) 完成高性能PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器的制作如图1所示㊂67吉林大学学报(信息科学版)第42卷2 光电探测器性能测试对制备好的PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器进行性能测试㊂其测试工作分为两部分,一是设定测试环境,二是确定测试指标[12]㊂2.1 设定测试环境图2 红外光电探测器测试环境Fig.2 Test environment of infrared photodetector 红外光电探测器是光电探测系统中的重要组成部分,光电探测系统主要用于目标检测,因此为测试所制备的PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器性能,需要搭配其他系统构成测试环境,如图2所示[13]㊂应用所设计的PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器采集反射信号,测试持续10min㊂记录期间内探测器的相关工作参数,以便性能指标的计算[14]㊂2.2 性能测试指标针对所设计的PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器,选用以下4个指标进行性能评定,即光响应度㊁探测率㊁响应时间和光电导增益[15]㊂1)光响应度㊂描述探测器光电转换能力的指标,该指标越大,说明探测器的光电转换能力越好㊂计算如下:A =a 1/B ,(1)其中A 表示光响应度,a 1表示光照射下产生的光生电流,B 表示入射光功率㊂光响应度大于5A /W 为高性能标准㊂2)探测率㊂反射的光信号中部分信号是十分微弱的,并不容易被采集到,因此要求探测器具有良好的针对微弱信号的探测能力,探测率就是描述该能力的最直观指标,该指标越大,说明探测器的针对微弱信号的探测能力越好[16]㊂计算如下:C =a 2L /D ,(2)其中D =G 1/A ,(3)其中C 表示探测率,大于10cm㊃Hz1/2W -1为高性能标准,a 2表示器件有效面积,L 表示带宽,D 表示噪声等效功率,G 1表示1Hz 带宽的噪声电流㊂红外光电探测器常用于不同材质目标的检测,因此保证其适用性是非常重要的㊂为此,在文中设置3种材质或属性的探测目标,即混凝土材质㊁金属材质以及人体㊂针对这3种材质或属性的探测目标,测试其探测率变化情况㊂3)响应时间㊂其反映了光电探测器对入射光信号响应的快慢,包括上升和下降时间㊂上升时间是指光生电流从10%上升到90%的这段时间,而下降时间则相反㊂实际应用中对光照快速响应的需求为小于等于150μs,且时间越短,表示器件响应越快㊂计算如下:E =~A[1+(2πeg )2]1/2T ,(4)其中E 表示响应时间,~A表示静态光照下的光响应度,e 表示电子电荷的数值,T 表示时间长度㊂4)光电导增益㊂其指标描述了光作用下外电路电流的增强能力㊂计算如下:H =(a 1/N )MP×100%,(5)其中H 表示光电导增益,该值越大,说明探测器工作越稳定,以80%为标准,大于该值认为探测器达到高性能标准;N 表示光电子的电荷量,P 表示探测器的电子转移效率,M 表示光电子数目㊂77第1期潘生生,等:高性能PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器3 性能测试结果与分析3.1 光响应度图3为光响应度测试结果㊂从图3可看出,随着测试时间的推移,光响应度波动较小,基本保持稳定㊂并且光响应度数值始终处于5A /W 限值以上,说明所设计的PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器达到了高性能标准㊂3.2 探测率图4为探测率测试结果㊂从图4可看出,无论是采集何种材质反射的红外光,所设计的探测器探测率均大于10cm㊃Hz1/2W -1,说明该探测器针对微弱信号具有较强的检测能力,达到高性能标准㊂ 图3 光响应度测试结果 图4 探测率测试结果 Fig.3 Optical responsivity test results Fig.4 Detection rate test results3.3 响应时间图5为响应时间测试结果㊂从图5可看出,无论光生电流处于上升还是下降时间,其响应时间始终在限值150μs 以下,说明所设计的探测器能快速检测入射光信号,完成信号采集工作㊂图5 响应时间测试结果Fig.5 Response time test results图6 光电导增益测试结果Fig.6 Photo conductivity gain test results3.4 光电导增益图6为光电导增益测试结果㊂从图6可看出,随着时间的推移,光电导增益值并没有随之下降,虽然有所波动,但也一直保持在80%以上,证明了所设计探测器的性能㊂4 结 语红外探测器是光电探测系统中的最重要组成部分,起到数据收集的重要作用,而收集的数据质量越高,探测结果越准确㊂因此,保证探测器的工作性能87吉林大学学报(信息科学版)第42卷对于数据收集工作具有重要作用㊂为此,进行了高性能PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器性能研究㊂并以PtS 2/MoTe 2为基础设计一款探测器,同时测定了探测器的4个指标,分析了其探测性能㊂实验结果表明,tS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器的光响应度㊁探测率㊁光电导增益均较高,响应时间在限值150μs以下㊂通过本研究以期为PtS 2/MoTe 2异质结红外光电探测器的研究和应用提供参考㊂参考文献:[1]林亚楠,吴亚东,程海洋,等.PdSe 2纳米线薄膜/Si 异质结近红外集成光电探测器[J].光学学报,2021,41(21):184⁃192.LIN Y N,WU Y D,CHENG H Y,et al.Near⁃Infrared Integrated Photodetector Based on PdSe 2Nanowires Film /Si Heterojunction [J].Acta Optica 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二维InSeSnSe2范德华异质结的电子结构和光学特性研究
原理计算程序包%1=:&**' B采用广义梯度近似下
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第!" 卷
蒋庆刚 等 二维6P=UE=P=U*范德华异质结的电子结构和光学特性研究
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=P=U*及其异质结带隙计算过程中采用杂化密度泛 函方法;UVJ G=[>SUXOQG9XPcUXR&Z!;=9$B
开关比约为A+e&A$' B荷兰代尔夫特理工大学的 2Q>YR 等合成了横向限度达,++ !\的二维6P=U样 品并研究了它的光学和输运性质&AL' B理论研究表 明6P=U具有间接带隙特征" 禁带宽度可以达到
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87= 及黑磷等类石墨烯材料&A GL'B研究证明该类 材料在很多领域表现出卓越的电学和光学特性"
自*++$ 年HUO\和)&^&SU'&^首次成功制备石 打开了一个全新的研究热点" 逐步成为未来高性
墨烯以来" 低维纳米材料优异的物理性质及其在 能微电子器件的关键材料B为了使类石墨烯纳米
信息+ 环境及能源和医学等方面的潜在价值" 引 材料能够大规模+ 可持续地应用在高效且低成本
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二硫化钼—石墨烯异质结的制备与研究
二硫化钼—石墨烯异质结的制备与研究一、本文概述本文主要关注二硫化钼—石墨烯异质结的制备与研究。
我们将详细介绍这种异质结的结构特性，制备方法，以及其在不同领域中的应用前景。
我们将首先概述二硫化钼和石墨烯的基本性质，包括它们的电子结构、物理和化学性质，以及它们在纳米材料和电子器件中的应用。
然后，我们将详细讨论如何将这两种材料结合形成异质结，并探索其独特的物理和化学性质。
我们还将探讨二硫化钼—石墨烯异质结在电子器件、能源转换和存储、传感器以及催化剂等领域中的潜在应用。
我们将总结目前的研究进展，并展望未来的研究方向。
通过本文的阐述，我们希望能够为二硫化钼—石墨烯异质结的研究和应用提供有益的参考和指导。
二、二硫化钼—石墨烯异质结的制备方法二硫化钼—石墨烯异质结的制备是材料科学领域的一个研究热点，其独特的结构和性质使得这种异质结在电子器件、能源存储和催化等领域具有广阔的应用前景。
本文介绍了几种常见的制备方法，包括化学气相沉积法、溶液法和物理气相沉积法等。
化学气相沉积法（CVD）是一种常用的制备二硫化钼—石墨烯异质结的方法。
该方法通过在高温条件下，利用气体中的前驱体分子在催化剂表面发生化学反应，从而生长出所需的异质结材料。
通过精确控制反应条件和催化剂的选择，可以实现大面积、高质量的二硫化钼—石墨烯异质结的制备。
溶液法是一种相对简单的制备异质结的方法，主要利用溶液中的前驱体分子通过化学反应或自组装过程生成异质结。
该方法可以在较低的温度下进行，且易于实现规模化生产。
然而，溶液法可能面临制备过程中杂质引入和结晶度控制等问题。
物理气相沉积法（PVD）则是一种通过物理过程如蒸发、溅射等将二硫化钼和石墨烯材料沉积到基底上制备异质结的方法。
这种方法可以精确控制材料的组成和结构，但设备成本较高，且制备过程相对复杂。
在制备二硫化钼—石墨烯异质结时，还需要考虑异质结界面工程的问题。
通过调控界面结构和性质，可以进一步优化异质结的性能。
背入射Al0.42Ga0.58N／Al0.40Ga0.60N太阳光盲紫外探测器异质结P—i—n太阳光盲紫外探测器
第２ ９卷
第 ３期
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Ｖ０ ． ９ ＮＯ． １２ ３
２０ ０ ８年 ３月
ＪＯＵ Ｒ ＮＡ Ｌ Ｆ Ｏ ＳＥＭ Ｉ ＯＮ Ｄ Ｕ ＣＴＯ ＲＳ Ｃ
Ｍａ ．２ ０ ｒ ，０ ８
背入 射 Ａ１４Ｇａ． ／ ００ ００ 质 结 ｐｉ ０２ ０８ Ａ１４ ． 异 ． ５Ｎ ． ６ Ｇａ Ｎ －ｎ － 太 阳 光 盲 紫 外 探 测 器
文 章 编 号 ：０ ５ —１ ７ ２０ ）３０ ６ —４ ２ ３４ ７ （０ ８ ０ —５６０
１ 引 言
紫 外 探测技 术 是 继 红外 和 激 光探 测 技 术 之 后 发 展 起 来 的又一 军 民两用 光 电探测技 术 ． 现代 光 电对 抗装 备 的一个 显著 特点 是 向光 的全波 长 和全 天候 发 展 ， 紫外 线 是 光 电对抗 威胁 频段 之一 ． 紫外 探测 器 在军 事 上 主要 应 用 于紫 外制 导 、 外预 警 、 紫 干扰 和通 信 等方 面 ． 由紫外 与 红外组 成 的双色 探测器 具 有较 强 的抗 干扰 能力 ． 紫外 探 测器工 作波 段距 离红外 波 段较远 ， 目标 及 干扰 在 两个 波 段 内的辐射 差异 较大 ， 在实 际 的系 统应 用 中具 有 较 强 的 抗 干扰 能力 ， 在地 空 、 空 导 弹 等 战术 武 器 系 统 中具 有 空 良好 的应用 前景 ． 紫外 探测 器在 民用 方 面 可用 于 火灾 监 控、 汽车 发动 机监 测 、 油 工业 和环 境 污染 的监测 等 ， 石 具 有 广 阔的应用 前 景［ ． １ 随着 Ｇａ 基 蓝光 、 光 发光 二 极 ］ Ｎ 绿
１ ． ％ ， 器 件 外 量 子 效 率 和 探 测 率 偏 低 的原 因之 一 ． ５７ 是
背照式AIGaN／GaN基光电探测器的结构设计及性能模拟
质 结吸 收 区和倍 增 区分 离的雪 崩光 电二 极 管（ Ａ Ａ Ｄ） Ｓ Ｍ Ｐ 进行 了建模 ， 拟 分析 了这 两种探 测 器的光 模
电响应 特性 和 电学参数 ，结 果 与 实测数据 和 文献报 道数 据 一致性 较 好 。计算 时还考 虑 了材料 制备 和 器件 工 艺的 实 际情 况 ， 分析 了有 关参数 对 器件性 能 的影响 ， 些 结果对 于分 析 器件 的工作机 制 以及提 这
第 ４ ０卷 第 ｌ ｌ期
Ｖｏ ．０ Ｎｏ １ １ ．１ ４
红 外 与 激 光 工 程
Ｉ ｆ ａ ｅ ｎ ｓ ｒＥｎ ｉ ｅ ｒｎ ｎ ｒ ｄ ａ ｄ Ｌａ ｅ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ｒ
Байду номын сангаас
２１ ０ １年 １ 月 １
ＮＯＶ． ２０１ １
背 照 式 ＡＧａ ／ Ｎ基 光 电探 测 器 的结 构 设 计 及 性 能 模 拟 Ｉ Ｎ Ｇａ
．
．
（ ． ｔｅｅ ｔ ｎｃ ｏ ｌ ｅ Ｃ ｏ ｇ ｉｇ Ｕｎｖ ｒｉ ｆＰ ｓ ｎ ｅｅ ｏ １ Ｏｐｏ ｌｃｒ ｉｓＣ ｌ ｇ ， ｈ ｎ ｑｎ ｉ ｅｓ ｙ ｏ ｏ ｔ ａ ｄ Ｔ ｌｃ ｍｍｕ ｉ ｔ ｎ ， ｈ ｎ ｑｎ ０ ０ ０ Ｃ ｉａ ｏ ｅ ｔ ｓ ｎｃ ｉ ｓ Ｃ ｏ ｇ ｉ ｇ ４ ０ ６ ， ｈｎ ａｏ
范德华异质结自驱动光电探测器
范德华异质结自驱动光电探测器
范德华异质结自驱动光电探测器，是一种具有高灵敏度和快速响应的光电探测器。
它的独特之处在于，它能够自主产生光电流，并将其转化为电信号，从而实现对光信号的检测和测量。
这种自驱动光电探测器的工作原理基于范德华异质结的特殊性质。
范德华异质结是由两种不同材料的异质结构组成，其中一种材料是导电性较好的，而另一种材料则具有较高的光吸收能力。
当光照射到异质结上时，光子会被吸收并激发出电子-空穴对，进而产生光电流。
范德华异质结自驱动光电探测器的优势之一是其高灵敏度。
由于范德华异质结能够在光照射下产生光电流，因此它能够对微弱的光信号作出快速响应。
这使得它在光通信、光电子学和光学传感等领域具有广泛的应用潜力。
范德华异质结自驱动光电探测器还具有快速响应的特点。
光信号被吸收后，范德华异质结能够迅速将其转化为电信号，并输出到外部电路中进行处理和分析。
这种快速响应的能力使得范德华异质结自驱动光电探测器非常适用于需要高速信号检测和传输的应用场景。
范德华异质结自驱动光电探测器的应用领域广泛。
在光通信领域，它可以用于接收和解码光信号，实现高速数据传输。
在光电子学领域，它可以用于制造高性能的光电器件，如光电二极管和光电晶体
管。
在光学传感领域，它可以用于测量光信号的强度和频率，从而实现光学传感器的功能。
范德华异质结自驱动光电探测器是一种具有高灵敏度和快速响应的光电探测器。
它的应用潜力广泛，可以在光通信、光电子学和光学传感等领域发挥重要作用。
通过充分利用范德华异质结的特殊性质，我们可以进一步提高光电探测器的性能，推动光电技术的发展。
一种基于异质结二维电子气的新型光电位置敏感探测器及其制备方法[发明专利]
![一种基于异质结二维电子气的新型光电位置敏感探测器及其制备方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/a4f503facf2f0066f5335a8102d276a201296048.png)
专利名称：一种基于异质结二维电子气的新型光电位置敏感探测器及其制备方法
专利类型：发明专利
发明人：朱家旗,单玉凤,朱贺,梁新栋,吴惠桢,邓惠勇,戴宁
申请号：CN202210086892.6
申请日：20220125
公开号：CN114597271A
公开日：
20220607
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种基于异质结二维电子气的新型光电位置敏感探测器及其制备方法,探测器由上到下依次为：设置于四边的金属电极、CdTe层、PbTe层和BaF2衬底，CdTe层和PbTe层构成异质结，CdTe层和PbTe层的界面之间是自然形成的二维电子气，二维电子气与金属电极是欧姆接触。
采用MBE的方法，生长了CdTe/PbTe异质结，其界面处自然产生高浓度高迁移率的二维电子气，得益于异质结材料自身的物理特性与二维电子气新奇的侧向光伏效应，该器件的工作波长超过可见光，工作波段也很宽，可涵盖中短红外波段，而且其线性响应度较为优异。
该器件结构简单，制备方法简便可控，成本低廉，工作原理新奇独特，工作范围涵盖中短红外波段，兼具科研与实用价值。
申请人：国科大杭州高等研究院,浙江大学,中国科学院上海技术物理研究所
地址：310024 浙江省杭州市西湖区象山支弄1号
国籍：CN
代理机构：杭州中成专利事务所有限公司
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范德华异质结紫外光电探测器的设计与性能研究自石墨烯被发现以来,具有原子层级厚度,层间范德华力堆叠和表面无化学悬挂键等特性的二维层状纳米材料展现出一系列优异的光电性质,从而受到研究人员的高度重视,并被广泛应用于各类电子和光电子器件中。
在范德华力结合的层状材料中,结构和电子多样性的出现为基础科学研究和应用器件设计开辟了新的途径,为探索新奇的物理现象和内在机制提供了一个理想的研究平台。
在种类繁多的二维材料体系中,二维过渡金属硫属化物（TMDs）由于其良好的化学稳定性、高载流子迁移率和层数依赖的可调带隙,成为制备光电子器件的理想材料。
其中,二硫化钼（MoS<sub>2</sub>）是目前TMDs中研究最为广泛的二维材料,当其层数由块体减少至单层时,MoS<sub>2</sub>由1.2 eV的间接带隙半导体转变为1.9 eV直接带隙半导体。
另外,作为新发现的贵金属硫化物,二硒化铂（PtSe<sub>2</sub>）具有更宽的可调带隙,其单层带隙为1.2 eV,双层带隙为0.21 eV,块体材料为半金属零带隙。
这些优异的光电特性为设计构建高性能光电探测器提供了良好的材料基础。
目前基于不同结构和探测机理的二维纳米光电探测器已经被成功制备,器件展现出良好的探测性能,并已经实现了从紫外光,可见光和红外光到太赫兹体系的探测。
尽管拥有上述优点,二维层状纳米材料及其光电探测器件也存在一些不足之处。
例如,二维材料拥有较低的光学吸收系数;存在显著的激子效应,极大阻止了光生电子-空穴对的分离。
此外,一些二维材料在大面积制备方面仍然存在挑战。
设计构建二维/三维（2D/3D）混合维度范德华异质结器件是解决上述问题的有效途径。
这是因为:二维纳米材料的光学吸收和光谱选择性受到其超薄性质和
材料可用性的限制,而3D材料的选择范围较广,能提高异质结器件的的光谱选择性,同时获得更强的器件功能;2D材料表面无悬挂键,与3D材料通过范德华力结合,摆脱了晶格匹配的限制更容易形成异质结结构。
因此,构建2D/3D混合维度范德华异质结通常能够实现更强的光吸收和光生载流子的分离,从而实现较高的响应度和较快的响应速度,制备出高性能光电探测器。
紫外光电探测器在通信、化学分析、军事预警等领域具有重要的应用价值,因此研究人员一直致力于探索制备高性能紫外光电探测器。
宽禁带半导体材料不仅在紫外光波段有很高的吸收,而且对可见光和红外光有很好的屏蔽,逐渐成为制备紫外光电探测器件的主体材料。
其中,作为第三代半导体材料,氮化镓（GaN）的禁带宽度为3.4 eV,具有良好的耐辐射性、高热导率和化学稳定性,是制备紫外光电探测器的热点材料之一。
同时,为了进一步实现日盲紫外的探测,就必须寻找具有更宽带隙的半导体材料。
β相氧化镓（β-Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub>）的禁带宽度为4.9 eV,而且具有较大的光吸收系数、高的化学稳定性和热稳定性,是构建日盲探测器的理想材料。
综上所述,本论文分别采用热分解法和磁控溅射-硒化法制备出大面积的二维MoS<sub>2</sub>和PtSe<sub>2</sub>薄膜,并与三维GaN、β
-Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub>分别构建了混合维度范德华异质结紫外光电探测器,同时对其光电探测性能进行了系统研究,主要研究成果如下:一、利用热分解法在CVD管式炉中成功制备了大面积的二维MoS<sub>2</sub>薄膜,并通过改变旋涂参数成功调控了MoS<sub>2</sub>薄膜的层数。
通过XRD、Raman、AFM、XPS等仪器设备对所制备的薄膜进行了形貌、结构和成分等表征,结果表明成功
制备出面积大、质量高、层数可控的二维MoS<sub>2</sub>薄膜。
二、采用磁控溅射-硒化法,成功制备了大面积的二维PtSe<sub>2</sub>薄膜,通过控制溅射Pt薄膜的厚度调控PtSe<sub>2</sub>层数。
在GaN衬底上原位生长PtSe<sub>2</sub>薄膜从而构建PtSe<sub>2</sub>/GaN异质结。
通过XRD、Raman、AFM、XPS、TEM对所制备的薄膜进行了表征,结果表明:我们制备出了大面积、高质量、层数可控的二维PtSe<sub>2</sub>薄膜。
三、设计构建了一种基于MoS<sub>2</sub>/GaN异质结的紫外光电探测器。
该器件在紫外光照下具有显著的光伏效应,因此可以实现自驱动紫外光电探测。
该探测器在265 nm、功率为2.4 mW/cm<sup>2</sup>的紫外光照射下,可获得高达10<sup>5</sup>的电流开关比,当光功率降到2μW/cm<sup>2</sup>时,电流开关比也能达到10<sup>3</sup>。
此外,其响应度和比探测率分别为187 mA/W和2.34×10<sup>1</sup>33 Jones,线性动态范围约为97.3 dB。
较高的开关比、响应度和比探测率保证了器件对微弱光信号的探测能力。
在光信号变化频率为100 Hz和5 kHZ时,此探测器的响应速度分别为
0.302/3.605 ms和46.4/114.1μs,同时该器件在10 kHz频率范围内,都有较高的重复性和良好的稳定性,表明该器件能够探测快速变化的紫外光信号。
四、在GaN衬底上,原位合成了二维PtSe<sub>2</sub>薄膜,得到了高质量的
PtSe<sub>2</sub>/GaN异质结器件。
该异质结器件对于265 nm（功率为2.4 mW/cm<sup>2</sup>）的深紫外光具有优异的光响应特性,具有显著的光伏特性,能实现自驱动探测,其响应度高达193 mA/W,比探测率能达到3.8×10<sup>14</sup>Jones,动态响应范围约为155
dB,电流开/关比高达10<sup>8</sup>。
在零偏压下具有45/102μs的快速响应速度。
此外,该器件能极快地响应脉宽为1 ns,频率为1 kHz的脉冲激光信号,光电流的上升时间仅为172ns。
以上结果表明PtSe<sub>2</sub>/GaN异质结器件在深紫外探测领域有巨大潜力。
五、通过采用带隙更宽的β-Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub>材料,制备了MoS<sub>2</sub>/β-Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub>异质结光电探测器,对于245 nm（功率为20.1μW/cm<sup>2</sup>）的入射光,该器件具有明显的光伏效应,能够实现自驱动探测。
在零偏压下,得到的响应度为2.05 mA/W,比探测率为1.21×10<sup>1</sup>11 Jones。
此外,该器件的工作波段位于太阳辐射盲区,截止波长为260 nm,对小于260 nm的深紫外光表现出优异的光响应特性。
该器件能有效地屏蔽可见光,可见光/紫外光的抑制比高达1.6×10<sup>3</sup>。
我们所设计的MoS<sub>2</sub>/β-Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub>探测器的性能优于之前报道的β-Ga<sub>2</sub>O<sub>3</sub>基日盲探测器,表明
2D/3D混合维度范德华异质结在深紫外探测领域具有广阔的应用前景。