技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種基于獨(dú)立式二硫化錫納米片的垂直光電探測(cè)器及制備方法，屬于光電探測(cè)器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
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光電探測(cè)器是利用半導(dǎo)體材料的光電效應(yīng)原理而制得的一種光電探測(cè)裝置，其在軍事和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。近年來，二維半導(dǎo)體納米材料由于其巨大比表面積、獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)和光電特性成為制備高性能光電器件的理想候選材料，進(jìn)而受到了人們的廣泛關(guān)注和研究。目前，以二維半導(dǎo)體納米材料為基礎(chǔ)制備的光電探測(cè)器均以平面型結(jié)構(gòu)為主(q.h.wangetal.,natnanotechnol,2012,7,699-712；d.jariwalaetal.,acsnano,2014,8,1102-1120)。得益于二維材料超薄的特性，通過復(fù)雜的光刻及微納加工工藝可以制備出超薄的光電探測(cè)器。然而這種平面結(jié)構(gòu)的二維超薄光電探測(cè)器具有明顯缺點(diǎn)和不足(g.fiorietal.,natnanotechnol,2014,9,768-779)：(1)由于與金屬電極接觸面積較大導(dǎo)致電接觸問題復(fù)雜，容易導(dǎo)致漏電流；(2)受基底影響嚴(yán)重，容易引起摻雜和散射；(3)吸光能力有限，對(duì)入射光線反射嚴(yán)重。針對(duì)以上問題，發(fā)展出二維半導(dǎo)體納米材料為基礎(chǔ)的具有垂直結(jié)構(gòu)的光電探測(cè)器無疑是一種十分新穎而有效的解決途徑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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針對(duì)上述問題，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于獨(dú)立式二硫化錫納米片的垂直光電探測(cè)器及制備方法。

本發(fā)明的基于獨(dú)立式二硫化錫納米片的垂直光電探測(cè)器的制備方法，它的制備方法為：

步驟一：在導(dǎo)電襯底上制備出獨(dú)立式垂直排列的二硫化錫納米片；

步驟二：旋涂一層透明絕緣層后烘干以將二硫化錫納米片封裝起來；

步驟三：用等離子刻蝕工藝將部分透明絕緣層刻蝕掉，重新暴露出部分二硫化錫納米片；

步驟四：蒸鍍一層透明金屬電極，完成器件。

作為優(yōu)選，所述步驟一中所述的獨(dú)立式垂直排列的二硫化錫納米片的制備工藝為化學(xué)氣相沉積法，生長(zhǎng)所用導(dǎo)電襯底為氟摻雜二氧化錫(fto)透明導(dǎo)電玻璃，生長(zhǎng)溫度小于450℃，生長(zhǎng)時(shí)間為5min。

作為優(yōu)選，所述步驟二中所述的透明絕緣層為聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)；旋涂參數(shù)為500rpm轉(zhuǎn)速下保持30s，然后1000rpm轉(zhuǎn)速下保持30s，重復(fù)3-5次；烘干溫度為120℃，保持時(shí)間為5-10min。

作為優(yōu)選，所述步驟三中所述的等離子刻蝕工藝為氧氣等離子體，射頻電源功率為18w，刻蝕時(shí)間為10-30min不等，其目的為刻蝕掉上層pmma直至獲得重新暴露的小部分二硫化錫納米片。

作為優(yōu)選，所述步驟四中所述的蒸鍍?yōu)闊嵴翦?，金屬電極為純度99.99％的金，蒸鍍厚度為20nm。

一種基于獨(dú)立式二硫化錫納米片的垂直光電探測(cè)器，它包括金電極、pmma絕緣層、垂直二硫化錫納米片和導(dǎo)電襯底fto玻璃；所述金電極為正極，fto玻璃為負(fù)極，垂直二硫化錫納米片為光電轉(zhuǎn)換核心單元，pmma絕緣層包覆著中間的二硫化錫納米片，并隔絕上下電極防止短路。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

1、采用化學(xué)氣相沉積工藝，在較低溫度下(<450℃)制備出獨(dú)立式垂直排列的二硫化錫納米片；

2、由于生長(zhǎng)溫度較低，沒有破壞fto襯底良好的導(dǎo)電特性，保證了光電探測(cè)器制備的可行性與可靠性；

3、獨(dú)立式二硫化錫納米片特有的垂直結(jié)構(gòu)決定了其與導(dǎo)電基底及金屬電極接觸面積較小，具有良好的電接觸，避免了基底對(duì)其造成的散射和摻雜的影響；垂直排列的納米片之間可以相互反射或折射入射光增加了光吸收，利于提高光電探測(cè)性能；

4、制備工藝實(shí)施簡(jiǎn)單、重復(fù)性好，避免了繁瑣而復(fù)雜的光刻技術(shù)的使用，為二維半導(dǎo)體納米材料，尤其是垂直生長(zhǎng)的半導(dǎo)體納米材料在光電器件構(gòu)筑與應(yīng)用方面提供可靠制備范例。

附圖說明：

為了易于說明，本發(fā)明由下述的具體實(shí)施及附圖作以詳細(xì)描述。

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中獨(dú)立式垂直排列二硫化錫納米片的掃描電子顯微鏡掃描電子顯微鏡照片；

圖3為本發(fā)明的制備流程示意圖；

圖4a、圖4b、圖4c為本具體實(shí)施方式中獨(dú)立式二硫化錫納米片的垂直光電探測(cè)器的掃描電子顯微鏡照片；

圖5為本發(fā)明的導(dǎo)電襯底fto在生長(zhǎng)獨(dú)立式二硫化錫納米片前后的電流-電壓特性曲線對(duì)比圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例1所示的獨(dú)立式垂直二硫化錫納米片與對(duì)比例1制備的傳統(tǒng)平行二硫化錫納米片在fto襯底上的紫外-可見吸收光譜圖；

圖7為本發(fā)明中獨(dú)立式二硫化錫納米片的垂直光電探測(cè)器的光電性能測(cè)試結(jié)果：其中圖7a為不同光照條件和強(qiáng)度下的電流-電壓特性曲線；圖7b、圖7c為偏壓為2v，490nm波長(zhǎng)，光照強(qiáng)度為475μw/cm²時(shí)的光響應(yīng)曲線；

圖8為對(duì)比例1所示的二硫化錫納米片為基礎(chǔ)制備的平行光電探測(cè)器的光電性能測(cè)試結(jié)果：其中圖8a為不同光照條件和強(qiáng)度下的電流-電壓特性曲線，插圖為所制備的平行二硫化錫納米片光電探測(cè)器光學(xué)照片；圖8b為偏壓為2v，490nm波長(zhǎng)，光照強(qiáng)度為475μw/cm²時(shí)的光響應(yīng)曲線。

圖中：1-金電極；2-pmma絕緣層；3-垂直二硫化錫納米片；4-導(dǎo)電襯底fto玻璃。

具體實(shí)施方式：

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明了，下面通過附圖中示出的具體實(shí)施例來描述本發(fā)明。但是應(yīng)該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。此外，在以下說明中，省略了對(duì)公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要地混淆本發(fā)明的概念。

實(shí)施例1：

如圖1所示，本具體實(shí)施方式采用以下技術(shù)方案：它包括金電極1、pmma絕緣層2、垂直二硫化錫納米片3和導(dǎo)電襯底fto玻璃4；圖1中金電極為正極，fto玻璃4為負(fù)極，垂直二硫化錫納米片3為光電轉(zhuǎn)換核心單元，pmma絕緣層2包覆著中間的二硫化錫納米片，并隔絕上下電極防止短路。

如圖2所示，利用化學(xué)氣相沉積工藝，在生長(zhǎng)溫度～450℃，生長(zhǎng)時(shí)間為5min時(shí)，可在fto襯底上生長(zhǎng)出具獨(dú)立式垂直的二硫化錫納米片。

如圖3所示，在生長(zhǎng)后的fto襯底(圖3b)上旋涂一層pmma以將垂直的二硫化錫納米片完全包覆，其中旋涂參數(shù)為500rpm轉(zhuǎn)速下保持30s，然后1000rpm轉(zhuǎn)速下保持30s，重復(fù)3-5次后，在120℃下保持5-10min烘干(圖3c)。然后用氧氣等離子體，在射頻電源功率為18w條件下，刻蝕10-30min以去掉上層pmma直至獲得重新暴露的小部分二硫化錫納米片(圖3d)。最后用熱蒸鍍工藝蒸鍍一層厚度為20nm的金作為電極(圖3e)。

如圖4所示，為本實(shí)施例所示獨(dú)立式二硫化錫納米片的垂直光電探測(cè)器的掃描電子顯微鏡照片(圖a-c)。從圖4a和圖4b可以看出垂直二硫化錫納米片的大部分被pmma包裹，暴露出的小部分納米片是氧氣等離子體刻蝕的結(jié)果。圖4c為所制備的垂直光電探測(cè)器的橫斷面掃描電子顯微鏡照片，可看出，器件中的二硫化錫納米片與fto襯底具有良好接觸，并保持了其垂直結(jié)構(gòu)，納米片大部分被鑲嵌在pmma絕緣層中，上層為金電極。

如圖5所示，它為本發(fā)明實(shí)施例所示的導(dǎo)電襯底fto在生長(zhǎng)獨(dú)立式二硫化錫納米片前后的電流-電壓特性曲線對(duì)比圖。從圖中可以看出，在生長(zhǎng)溫度～450℃下熱處理后仍保持了其原有的良好導(dǎo)電性，進(jìn)而驗(yàn)證了本實(shí)施例中二硫化錫納米片垂直光電探測(cè)器制備的可行性與可靠性。

如圖6所示，它為本發(fā)明實(shí)施例所示的獨(dú)立式垂直二硫化錫納米片與對(duì)比例1所示的傳統(tǒng)平行二硫化錫納米片在fto襯底上的紫外-可見吸收光譜圖。從圖中可以看出，相較對(duì)比例1所示的平行二硫化錫納米片而言，本發(fā)明實(shí)施例所示的垂直二硫化錫納米片在300-800nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)均展現(xiàn)出了高的紫外-可見光吸收能力。

如圖7所示，它為本發(fā)明實(shí)施例所示的獨(dú)立式二硫化錫納米片的垂直光電探測(cè)器的光電性能測(cè)試結(jié)果：圖7a為不同光照條件和強(qiáng)度下的電流-電壓特性曲線；圖7b，圖7c為偏壓為2v，490nm波長(zhǎng)，光照強(qiáng)度為475μw/cm²時(shí)的光響應(yīng)曲線?？梢钥闯觯摯怪惫怆娞綔y(cè)器的對(duì)光照有明顯響應(yīng)，最大電流開關(guān)比為19；光響應(yīng)時(shí)間快，重復(fù)性好，光響應(yīng)上升和衰退時(shí)間僅為43.4ms和64.4ms。

對(duì)比例1：

本對(duì)比例以二硫化錫納米片為基礎(chǔ)制備了傳統(tǒng)平面結(jié)構(gòu)的光電探測(cè)器，并將其與本發(fā)明實(shí)施例所示的獨(dú)立式二硫化錫納米片的垂直光電探測(cè)器的光電性能作比較。

如圖2所示，利用化學(xué)氣相沉積工藝，在生長(zhǎng)溫度～450℃，生長(zhǎng)時(shí)間為5min時(shí)，可在fto襯底上生長(zhǎng)出具垂直的二硫化錫納米片。

將生長(zhǎng)有垂直的二硫化錫納米片的fto襯底放入乙醇中超聲5-10s，得到含有二硫化錫納米片的乙醇溶液；隨后取3-5ml上述溶液滴涂到sio2/si襯底，將其在80℃下烘干得到平行二硫化錫納米片；然后用肋寬為5μm的銅網(wǎng)為掩模，利用熱蒸鍍工藝在上面蒸鍍厚度為30nm的金作為導(dǎo)電電極，去掉銅網(wǎng)后得到平面結(jié)構(gòu)的二硫化錫納米片光電探測(cè)器；器件測(cè)試之前，在200℃下退火30min以保證金屬電極與納米片之間形成良好電接觸。

如圖6所示，它為對(duì)比例1所示的傳統(tǒng)平行二硫化錫納米片與實(shí)施例1所示的獨(dú)立式垂直二硫化錫納米片在fto襯底上的紫外-可見吸收光譜圖。從圖中可以看出，平行二硫化錫納米片在300-800nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的紫外-可見吸收強(qiáng)度均低于實(shí)施例1所示的獨(dú)立式垂直二硫化錫納米片的。

如圖8所示，它為對(duì)比例1所示的二硫化錫納米片為基礎(chǔ)制備的平行光電探測(cè)器的光電性能測(cè)試結(jié)果：圖8a為不同光照條件和強(qiáng)度下的電流-電壓特性曲線，插圖為所制備的平行二硫化錫納米片光電探測(cè)器光學(xué)照片；圖8b為偏壓為2v，490nm波長(zhǎng)，光照強(qiáng)度為475μw/cm²時(shí)的光響應(yīng)曲線。從圖中可以看出，該二硫化錫納米片平行光電探測(cè)器對(duì)光照的響應(yīng)非常差，電流開關(guān)比不到1.3；其光響應(yīng)時(shí)間非常慢，上升和衰退時(shí)間均超過100s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于本發(fā)明實(shí)施例1所示的獨(dú)立式二硫化錫納米片的垂直光電探測(cè)器的光電性能。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。

此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。