CN112670396A - 一种层状化合物在光热电探测器中的应用及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种层状化合物在光热电探测器中的应用及其应用方法，涉及光热电探测领域。所述光热电探测器采用二维结构的NdSb₂制备成薄片后，再通过转移电极的方法来制备光热电探测器。本发明克服了现有技术的不足，相对于传统热探测器来说，该探测器中热载流子辅助机制使载流子快速冷却，从而达到快速响应的目的。

Description

一种层状化合物在光热电探测器中的应用及其应用方法

技术领域

本发明涉及光热电探测领域，具体涉及一种层状化合物在光热电探测器中的应用及其应用方法。

背景技术

光电探测器的机制主要包括光电效应、光电导效应、辐射热效应和光热电效应，其中光伏效应和光热电效应具有自驱动特性；与光伏效应相比，光热电效应对于能量低于其带隙的光子仍有光响应；光热电探测器，基于塞贝克效应，是对光热转换和热电转换过程的结合，具有在室温下从紫外到太赫兹的宽带响应。

近期，基于光热电效应的二维(2D)材料通过引入热载流子辅助打破了相对于传统热探测器的光响应速度的限制，这极大地改善了光热电探测器的性能。例如传统的自驱动的热电探测器，如(J.Stiens,C.De,G.Shkerdin,V.Kotov,R.Vounckx,W.Vandermeire,inLaser Pulse Phenomena and Applications(Ed:F.J.Duarte),InTech,London 2010,p.144.)介绍的响应时间慢，限制了实际应用场景。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供一种层状化合物在光热电探测器中的应用及其应用方法，基于二维材料NdSb₂的光热电探测器引入了热载流子输运，有效提升响应速度。

为实现以上目的，本发明的技术方案通过以下技术方案予以实现：

一种层状化合物在光热电探测器中的应用，所述层状化合物的化学式为NdSb₂。

优选的，所述NdSb₂为二维光电材料。

且将NdSb₂制备成NdSb₂薄片，后通过转移电极的方法来制备器件，再将器件于光热电探测器中进行应用。

优选的，采用机械剥离的方法制备NdSb₂薄片

优选的，所述器件的制备方法包括以下步骤：

(1)通过使用标准光刻和高真空电子束蒸发在具有原子级平坦表面的硅基板上制备50纳米厚的金金属电极；

(2)施加六甲基二硅氮烷层，然后在金属电极的顶部旋涂PMMA层；

(3)通过使用PDMS在转移平台上机械释放，制得器件。

本发明提供一种层状化合物在光热电探测器中的应用及其应用方法，与现有技术相比优点在于：

本发明制备的基于二维材料的光热电探测器可以实现宽波长响应，快速响应；相对于传统热探测器来说，引入了热载流子辅助机制，声子与晶格的作用使载流子快速冷却从而达到快速响应。

说明书附图：

图1为本发明NdSb₂分子结构示意图；

图2为本发明器件示意图；

图3为本发明器件结构原理示意图；

图4为本发明NdSb₂器件的宽波长响应示意图；

图5为本发明器件快速响应在532nm的示意图；

图6为本发明器件532nm光照射下光电流呈像示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

NdSb₂制备光热电探测器中的应用器件，所述器件的制备方法包括以下步骤：

(1)通过机械剥离的方法制备NdSb₂薄片；

(2)通过使用标准光刻和高真空电子束蒸发在具有原子级平坦表面的硅基板上制备50纳米厚的金金属电极；

(3)施加六甲基二硅氮烷层以使整个硅片功能化，然后在金属电极的顶部旋涂PMMA层；

(4)通过HMDS的预功能化，PMMA层对牺牲基板的粘附力较弱，通过使用PDMS在转移平台上释放，制得器件；

所制得的器件如图1所示，且器件的相关结构和原理如图2所示：激光光斑辐照在器件的局域部分，导致被照射的部分器件相对于器件的其他部分温度高，光热电效应是基于塞贝克效应，光热-热电过程，在器件的两端形成了温差，导致一个电势差，温度梯度形成定向移动的电子。

实施例2：

对于热探测器的共性：宽波长响应检测，采用532633785nm这三个波长的光源，来检测采用上述实施例1制备的NdSb₂器件制得的探测器的相关性能，结果如图4和图5所示，由图4和图5可知NdSb₂探测器可以实现宽波长响应，同时在532nm测得快速响应。

实施例3：

检测532nm光照射下的光热电效应，结果如图6所示：其中深色线表示电极，浅色线表示样品，0V表示不加外在偏压，符合自驱动的特征，光响应电流出现在电极和材料的界面和在界面周围，光电流响应范围出现在界面和界面周围的光电流机制与光热电效应一致。

综上所述，本发明将NdSb₂应用于光热电探测器，能够有效提升响应速度，实现快速响应。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种层状化合物在光热电探测器中的应用，其特征在于，所述层状化合物的化学式为NdSb₂。

2.根据权利要求1所述的一种层状化合物在光热电探测器中的应用，其特征在于，所述NdSb₂为二维光电材料。

3.一种如权利要求1所述的层状化合物在光热电探测器中的应用方法，其特征在于：所述应用方法为将NdSb₂制备成NdSb₂薄片，后通过转移电极的方法来制备器件，再将器件于光热电探测器中进行应用。

4.根据权利要求3所述的一种层状化合物在光热电探测器中的应用方法，其特征在于：采用机械剥离的方法制备NdSb₂薄片。

5.根据权利要求3所述的一种层状化合物在光热电探测器中的应用方法，其特征在于：所述器件的制备方法包括以下步骤：

(1)通过使用标准光刻和高真空电子束蒸发在具有原子级平坦表面的硅基板上制备50纳米厚的金金属电极；

(2)施加六甲基二硅氮烷层，然后在金属电极的顶部旋涂PMMA层；

(3)通过使用PDMS在转移平台上机械释放，制得器件。

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