本申請涉及光電探測，尤其涉及一種二維有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦和二硒化鉬異質(zhì)結(jié)的光電探測器及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、2004年石墨烯的發(fā)現(xiàn)引發(fā)了對二維材料的探索熱潮。隨后，越來越多的二維帶隙材料被發(fā)現(xiàn)，如過渡金屬二硫族化合物(tmdcs)、黑磷(bp)、二維鈣鈦礦等。tmdcs具有豐富的可調(diào)諧帶隙和高載流子遷移率。二維鈣鈦礦具有吸收系數(shù)高、激子結(jié)合能低、載流子擴(kuò)散長度長等優(yōu)點。然而，基于單一鈣鈦礦的光電探測器由于載流子遷移率低，缺乏有效的光學(xué)增益機(jī)制，其光學(xué)響應(yīng)率較低，不能滿足人們對光電探測器的需求。具有原子厚度的tmdcs具有載流子遷移率高、光響應(yīng)高、帶隙寬度豐富可調(diào)等優(yōu)點。然而，由于原子層的厚度，限制了光的吸收和光電子器件的性能。

2、因此，如何提高光電探測器的性能，是目前亟需解決的一個問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本申請的主要目的在于提供一種二維有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦和二硒化鉬異質(zhì)結(jié)的光電探測器及其制備方法，旨在解決如何提高光電探測器的性能的技術(shù)問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本申請?zhí)峁┮环N二維有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦(c6h13nh3)2pbi4(c6pi)和二硒化鉬(mose2)異質(zhì)結(jié)的光電探測器，其特征在于，所述光電探測器包括：

3、襯底；

4、電極層，位于所述襯底的一側(cè)；

5、光電轉(zhuǎn)換部，設(shè)于電極層背離所述襯底的一側(cè)，所述光電轉(zhuǎn)換部的材料包括二維有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦c6pi和二硒化鉬；

6、保護(hù)層，材料包括六方氮化硼，位于c6pi和二硒化鉬上表面，用于防止鈣鈦礦氧化和吸潮。

7、進(jìn)一步地，所述光電探測器還包括介電層和粘結(jié)層，其中：

8、所述介電層設(shè)于所述襯底和所述粘結(jié)層之間；所述介電層的材料包括sio2、al2o3及hfo2中的至少一種；

9、所述粘結(jié)層設(shè)置于所述電極層和介電層之間；所述粘結(jié)層的材料包括ti、cr及pd中的至少一種。

10、進(jìn)一步地，所述襯底的材料包括si、sic及soi中的至少一種；和/或，所述電極層的材料包括au、ag、pd及pt中的至少一種。

11、此外，為實現(xiàn)上述目的，本申請還提供一種光電探測器的制備方法，包括以下步驟：

12、提供襯底；

13、在襯底上通過電子束蒸鍍技術(shù)，制備電極層；

14、將c6pi、二硒化鉬、六方氮化硼，依次轉(zhuǎn)移到電極層上，形成光電轉(zhuǎn)換部和保護(hù)層，得到光電探測器。

15、具體而言，通過干法轉(zhuǎn)移將c6pi、二硒化鉬和六方氮化硼依次轉(zhuǎn)移到空電極上。

16、進(jìn)一步地，所述形成光電轉(zhuǎn)換部和保護(hù)層的方式包括：

17、通過機(jī)械剝離的方法得到c6pi、二硒化鉬和六方氮化硼材料；

18、將得到的材料轉(zhuǎn)移到聚二甲基硅氧烷墊上，選取目標(biāo)厚度的材料；

19、通過干法轉(zhuǎn)移的方法將獲得材料依次轉(zhuǎn)移到空電極上。

20、其中，c6pi晶體的合成過程包括：c6h13nh3i反應(yīng)物的晶體合成和c6pi晶體的合成；此方法也適用于同體系其它二維有機(jī)無機(jī)鈣鈦礦材料的合成，如(c8h17nh3)2pbi4(c8pi)；

21、c6h13nh3i晶體的合成過程包括：將10ml乙醇和2.32ml己胺加入燒杯中形成混合物，然后在0℃冰浴中保存；將hi滴加到混合物中，攪拌2h得到溶劑；用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器在50℃下加熱溶劑，直到出現(xiàn)白色的銨鹽粉末，溶劑殘留物完全蒸發(fā)；用乙醚洗滌銨鹽粉末；在真空烘箱中采用60℃干燥洗滌后的銨鹽粉末24h，得到c6h13nh3i晶體。

22、進(jìn)一步地，c6pi晶體的合成過程包括：將80mg?c6h13nh3i和80.5mg碘化鉛溶解于2ml?n，n-二甲基甲酰胺(dmf)中，以二氯甲烷作為抗溶劑輔助c6pi結(jié)晶，形成的晶體用甲苯洗滌然后干燥，得到c6pi晶體。

23、進(jìn)一步地，所提供的襯底采用異丙醇進(jìn)行第一次清洗后，采用去離子水將襯底進(jìn)行第二次清洗，氮氣吹干；將氮氣吹干的襯底進(jìn)行等離子處理。

24、進(jìn)一步地，所述等離子處理的時間為15～30min；和/或，所述等離子處理的溫度為20～40℃。

25、本申請的二維有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦和二硒化鉬異質(zhì)結(jié)的光電探測器，為了滿足對高性能光電探測器的需求，探索新的光電材料和結(jié)構(gòu)是有效手段之一；二維鈣鈦礦材料具有高的吸收系數(shù)和極低的暗電流，而二維過渡金屬二硫化物具有高載流子遷移率和寬的響應(yīng)帶。結(jié)合這兩種材料的優(yōu)點，利用二維材料表面沒有懸空鍵，易于與其他二維材料堆疊形成異質(zhì)結(jié)的優(yōu)點，通過構(gòu)建異質(zhì)結(jié)構(gòu)，結(jié)合了二維鈣鈦礦材料具有高的吸收系數(shù)和極低的暗電流，和二維過渡金屬二硫化物具有高載流子遷移率，寬的光響應(yīng)范圍等優(yōu)點，很大程度上提高了光電探測器的性能，在光響應(yīng)率、響應(yīng)時間和響應(yīng)范圍等方面都有很好的性能表現(xiàn)。

技術(shù)特征：

1.一種二維有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦(c6h13nh3)2pbi4(c6pi)和二硒化鉬異質(zhì)(mose2)結(jié)的光電探測器，其特征在于，所述光電探測器包括：

2.如權(quán)利要求1所述的光電探測器，其特征在于，所述光電探測器還包括介電層和粘結(jié)層，其中：

3.如權(quán)利要求1或2所述的光電探測器，其特征在于，所述襯底的材料包括si、sic及soi(silicon-on-insulator，絕緣體上硅)中的至少一種；和/或，所述電極層的材料包括au、ag、pd及pt中的至少一種。

4.一種如權(quán)利要求1至3任意一項所述的光電探測器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

5.如權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，通過干法轉(zhuǎn)移將c6pi、二硒化鉬和六方氮化硼依次轉(zhuǎn)移到空電極上。

6.如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述形成光電轉(zhuǎn)換部和保護(hù)層的方式包括：

7.如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，c6pi晶體的合成過程包括：將80mgc6h13nh3i和80.5mg碘化鉛溶解于2ml?n，n-二甲基甲酰胺(dmf)中，以二氯甲烷作為抗溶劑輔助c6pi結(jié)晶，形成的晶體用甲苯洗滌然后干燥，得到c6pi晶體。

8.如權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，c6h13nh3i晶體的合成過程包括：將10ml乙醇和2.32ml己胺加入燒杯中形成混合物，然后在0℃冰浴中保存；將hi滴加到混合物中，攪拌2h得到溶劑；用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器在50℃下加熱溶劑，直到出現(xiàn)白色的銨鹽粉末，溶劑殘留物完全蒸發(fā)；用乙醚洗滌銨鹽粉末；在真空烘箱中采用60℃干燥洗滌后的銨鹽粉末24h，得到c6h13nh3i晶體。

9.如權(quán)利要求4-8任一項中所述的制備方法，其特征在于，所提供的襯底采用異丙醇進(jìn)行第一次清洗后，采用去離子水將襯底進(jìn)行第二次清洗，氮氣吹干；將氮氣吹干的襯底進(jìn)行等離子處理。

10.如權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于，所述等離子處理的時間為15～30min；和/或，所述等離子處理的溫度為20～40℃。

技術(shù)總結(jié)
本申請公開了一種二維有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦和二硒化鉬異質(zhì)結(jié)的光電探測器及其制備方法，包括：襯底；電極層，位于所述襯底的一側(cè)；光電轉(zhuǎn)換部，設(shè)于電極層背離所述襯底的一側(cè)，所述光電轉(zhuǎn)換部的材料包括二維有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦(C<subgt;6</subgt;H<subgt;13</subgt;NH<subgt;3</subgt;)<subgt;2</subgt;PbI<subgt;4</subgt;(C6PI)、二硒化鉬(MoSe<subgt;2</subgt;)以及保護(hù)層六方氮化硼(h?BN)。本申請通過構(gòu)建異質(zhì)結(jié)構(gòu)，結(jié)合了二維鈣鈦礦材料具有高的吸收系數(shù)，極低的暗電流和二維過渡金屬二硫化物具有高載流子遷移率，寬的光響應(yīng)范圍等優(yōu)點，很大程度上提高了光電探測器的性能，在光響應(yīng)率、響應(yīng)時間和響應(yīng)范圍等方面都有很好的性能表現(xiàn)。

技術(shù)研發(fā)人員：王卓,王杰,馮碩,章琪,徐博,朱建宇,王定官
受保護(hù)的技術(shù)使用者：深圳大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30