CN115295676A - 一种高光响应Te/MoS2异质结光探测器及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高光响应Te/MoS2异质结的光探测器及其制备方法，通过对二维Te和MoS2晶面的准确控制，形成了不同二维Te和MoS2的异质结堆叠方式，实验结果结合第一性原理的仿真计算分析，确定了形成I型和II型能带排列结构的Te/MoS2异质结的制备方法，由于I型能带排列结构的Te/MoS2异质结中光生电子和光生空穴在内建电场的作用下均向能带较窄的二维Te材料转移，使得光生电子‑空穴对的复合几率较II型能带排列结构高得多，降低了光生载流子的寿命，减小了光电流的大小，不利于光探测能力的提升，所以需要选择具有II型能带排列结构的Te/MoS2异质结来制备高光响应度的光探测器。
Description
技术领域
本发明涉及光探测技术领域，特别涉及一种高光响应Te/MoS2异质结的光探测器及其制备方法。
背景技术
随着光电芯片集成度的增加，光电器件也朝着横向和纵向不断减薄的方向发展，传统的硅基器件正面临着难以进一步微型化的发展瓶颈，二维材料的出现则为延续摩尔定律注入了新的希望。基于二维材料的PN型范德华异质结，在p型和n型半导体材料接触后由于多子的扩散产生了内建电场，当光照射在PN结上，材料中的光生载流子会通过扩散及漂移过程穿过结区，光电流的产生让PN结的光探测能力得以实现。
二维Te作为一种新的二维材料，由于其合成工艺简单、成本低廉、迁移率高、光吸收率高和化学成分稳定性高，在近几年备受关注，二维Te制备的光探测器光响应度和比探测率都很高，为其在光电探测中的应用提供了良好基础。Te作为典型的p型半导体，与诸多n型二维半导体材料可形成PN型范德华异质结，异质结的形成则可进一步提升其光探测性能，为构筑新型高性能光探测器件提供了新的思路。将二维Te与n型二维半导体材料形成范德华异质结的堆叠方式作为重点，通过准确控制二维Te与n型二维半导体材料的晶面夹角制备出不同的光探测器件，进一步对光探测器件进行了性能优化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高光响应Te/MoS2异质结的光探测器及其制备方法，以克服现有技术中的不足。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本申请公开了一种高光响应Te/MoS2异质结光探测器的制备方法，包括如下步骤：
S1、化学气相沉积制作若干个含有二维MoS2的衬底一；
S2、制备若干个含有二维Te的衬底二：以亚碲酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、水合肼和氨水为原料，制备出单晶二维Te，并将其转移到若干个衬底二上；
S3、根据衬底一上二维MoS2的晶畴，判断二维MoS2的晶面方向；根据衬底二上二维Te的晶畴，判断二维MoS2和二维Te的晶面方向；
S4、确定堆叠方式，根据二维MoS2的晶面方向和二维Te的晶面方向，选择可以形成该堆叠方式的二维MoS2和二维Te作为目标MoS2和目标Te；
S5、将步骤S4中目标二维Te转移到目标二维MoS2的上方，形成Te/MoS2范德华异质结；
S6、分别在所述Te/MoS2范德华异质结的二维Te一侧和二维MoS2一侧制备薄膜电极，电极均采用双层结构，得到Te/MoS2异质结的光探测器雏形；
S7、对Te/MoS2异质结的光探测器雏形进行退火处理，得到高光响应Te/MoS2异质结光探测器。
作为优选，步骤S1包括如下子步骤：
S11、选择表面绝缘的材料作为生长衬底；
S12、以MoO3粉末和S单质粉末作为反应物，分别装于反应舟内；
S13、将S11的生长衬底切块，使表面绝缘的一面朝下，置于S12中的装有MoO3粉末的反应舟上；并将两只反应舟放置于同一个反应管内；
S14、向反应管内通入惰性气体，排除反应管内的空气；
S15、对反应管进行加热至生长温度，进行MoS2生长；所述生长温度为600℃～900℃；生长时间为10～40分钟；
S16、完成生长后，待反应舟冷却到室温，取样得到含有MoS2的衬底，即含有MoS2的衬底一。
作为优选，步骤S2包括如下子步骤：
S21、将聚乙烯吡咯烷酮和亚碲酸钠溶解于去离子水中，搅拌均匀，得到溶液X；
S22、将水合肼和氨水混合形成溶液Y；
S23、将溶液Y加入至溶液X中，进行水热反应，反应温度范围为160～200℃，反应时间为20～40小时；
S24、水热反应结束后，得到二维Te；将二维Te转移到PDMS衬底上，即含有二维Te的衬底二。
作为优选，步骤S3具体包括如下操作：所述衬底一上的二维MoS2的晶畴形状为等边三角形，所述二维MoS2的晶面方向平行于等边三角形的其中一边；所述衬底二上的二维Te的晶畴形状为梯形，所述二维Te的晶面方向平行于梯形的上底和下底。
作为优选，步骤S4中堆叠方式包括平行堆叠、垂直堆叠或错向堆叠；所述平行堆叠即二维MoS2的晶面方向与二维Te的晶面方向平行；所述垂直堆叠即二维MoS2的晶面方向与二维Te的晶面方向相互垂直；所述错向堆叠即二维MoS2的晶面方向与二维Te的晶面方向呈45度夹角。
作为优选，步骤S6采用微电子工艺中的正胶剥离技术制备电极，所述电极均采用双层电极结构，其中与二维Te接触的电极包括Cr接触层和Au导电层，与二维MoS2接触的电极包括Mo接触层和Au导电层，具体操作如下：
S61、采用激光直写对与MoS2接触的电极进行图形化，并采用磁控溅射制备电极，该电极包括与MoS2接触的Mo接触层和附着在Mo接触层上方的Au导电层；
S62、采用激光直写对与Te接触的电极进行图形化，并采用磁控溅射制备电极，该电极包括与Te接触的Cr接触层和附着在Cr接触层上方的Au导电层；
S63、S61和S62中的电极制备完成后，得到Te/MoS2异质结的光探测器雏形。
作为优选，步骤S7中采用退火温度为150～250℃，退火时间为5～15分钟，退火气氛采用N2。
本发明还公开了一种高光响应Te/MoS2异质结光探测器，包括由二维Te和二维MoS2所组成的异质结区域、与二维Te接触的Cr/Au双层电极、与MoS2接触的Mo/Au双层电极和绝缘衬底；所述二维Te和二维MoS2之间的堆叠方式采用平行堆叠、垂直堆叠或错位堆叠中的一种。
作为优选，所述二维MoS2的晶畴形状为等边三角形，所述二维MoS2的晶面方向平行于等边三角形的其中一边；所述二维Te的晶畴形状为梯形，所述二维Te的晶面方向平行于梯形的上底和下底；所述平行堆叠即二维MoS2的晶面方向与二维Te的晶面方向平行；所述垂直堆叠即二维MoS2的晶面方向与二维Te的晶面方向相互垂直；所述错向堆叠即二维MoS2的晶面方向与二维Te的晶面方向呈45度夹角。
本发明的有益效果：
本发明公开了一种高光响应Te/MoS2异质结光探测器，通过对二维Te和MoS2晶面的准确控制，形成了不同二维Te和MoS2的异质结堆叠方式，确定了水平、垂直和错向三种堆叠方式的高光响应度的光探测器，通过实验结果结合第一性原理的仿真计算分析，对光探测器件进行了性能优化。
实施例结合附图进行详细说明。
附图说明
图1为本发明实施例1制备出的制备出的二维MoS2的光学显微镜照片；
图2为本发明实施例1制备出的制备出的二维Te的光学显微镜照片；
图3为本发明干法转移二维Te形成Te/MoS2范德华异质结的流程示意图；
图4为本发明实施例1制备出的“平行堆叠”的Te/MoS2范德华异质结的光学显微镜照片；
图5为本发明实施例1制备出的“平行堆叠”Te/MoS2异质结光探测器的光学显微镜照片；
图6为本发明实施例1制备出的“垂直堆叠”Te/MoS2范德华异质结的光学显微镜照片；
图7为本发明实施例1制备出的“错向堆叠”Te/MoS2范德华异质结的光学显微镜照片；
图8为实施例1-实施例3在532nm激光照射下计算出的光响应度统计对比图。
图9为实施例1-实施例3在532nm激光照射下计算出的比探测率统计对比图。
图10为实施例1-实施例3在1550nm激光照射下光电流密度统计对比图。
图11为基于第一性原理对“平行堆叠”的Te/MoS2范德华异质结的能带计算结果。
图12为基于第一性原理对“垂直堆叠”的Te/MoS2范德华异质结的能带计算结果。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
本发明公开了一种高光响应Te/MoS2异质结光探测器，所述光探测器包括由p型二维材料二维Te和n型二维材料MoS2所组成的异质结区域、与二维Te接触的Cr/Au双层电极、与MoS2接触的Mo/Au双层电极和绝缘衬底。因为在制备该光探测器的过程中，需要掌握二维Te和MoS2的晶面，分别采用水热反应法和化学气相沉积法(Chemistry Vapor Deposition，CVD)得到二维Te和MoS2二维材料，另外，因为该光探测器的异质结部分需要准确控制二维Te和MoS2的接触晶面，需要采用干法转移方式按照一定角度对二维Te和MoS2进行堆叠。
所述二维Te为高结晶的少层Te薄片，少层为3层～8层，厚度为2～5nm。
所述MoS2为高结晶的少层MoS2薄片，少层为3层～8层，厚度为2～5nm。
所述二维MoS2的晶畴形状为等边三角形，所述二维MoS2的晶面方向平行于等边三角形的其中一边；所述二维Te的晶畴形状为梯形，所述二维Te的晶面方向平行于梯形的上底和下底。
所述近似等边三角形MoS2薄片的边长至少10μm。
所述梯形二维Te薄片的宽度至少5μm。
进一步的，所述的二维Te和MoS2堆叠方式包括“平行堆叠”、“垂直堆叠”和“错向堆叠”，“平行堆叠”即与二维Te的
晶面平行，二维Te梯形的上底和下底与MoS2的三角形边平行，“垂直堆叠”即MoS2的
晶面与二维Te的
晶面垂直，二维Te梯形的上底和下底与MoS2的三角形边垂直，“错向堆叠”即MoS2的
晶面与二维Te的
晶面呈约45°夹角，二维Te梯形的上底和下底与MoS2的三角形边呈约45°夹角。
所述采用“平行堆叠”的Te/MoS2异质结光探测器光探测器的光响应度和比探测率最高，平均值分别达到804A/W和6.25×1011Jones。
本申请还公开了一种高光响应Te/MoS2异质结光探测器的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、化学气相沉积制作若干个含有二维MoS2的衬底一；
S2、制备若干个含有二维Te的衬底二：以亚碲酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、水合肼和氨水为原料，制备出单晶二维Te，并将其转移到若干个衬底二上；
S3、根据衬底一上二维MoS2的晶畴，判断二维MoS2的晶面方向；根据衬底二上二维Te的晶畴，判断二维MoS2和二维Te的晶面方向；
S4、确定堆叠方式，根据二维MoS2的晶面方向和二维Te的晶面方向，选择可以形成该堆叠方式的二维MoS2和二维Te作为目标MoS2和目标Te；
S5、将步骤S4中目标二维Te转移到目标二维MoS2的上方，形成Te/MoS2范德华异质结；
S6、分别在所述Te/MoS2范德华异质结的二维Te一侧和二维MoS2一侧制备薄膜电极，电极均采用双层结构，得到Te/MoS2异质结的光探测器雏形；
S7、对Te/MoS2异质结的光探测器雏形进行退火处理，得到高光响应Te/MoS2异质结光探测器。
1.在一种可行的实施例中，步骤S1包括如下子步骤：
S11、选择表面绝缘的材料作为生长衬底；
S12、以MoO3粉末和S单质粉末作为反应物，分别装于反应舟内；
S13、将S11的生长衬底切块，使表面绝缘的一面朝下，置于S12中的装有MoO3粉末的反应舟上；并将两只反应舟放置于同一个反应管内；
S14、向反应管内通入惰性气体，排除反应管内的空气；
S15、对反应管进行加热至生长温度，进行MoS2生长；所述生长温度为600℃～900℃；生长时间为10～40分钟；
S16、完成生长后，待反应舟冷却到室温，取样得到含有MoS2的衬底，即含有MoS2的衬底一。
在一种可行的实施例中，步骤S2包括如下子步骤：
S21、将聚乙烯吡咯烷酮和亚碲酸钠溶解于去离子水中，搅拌均匀，得到溶液X；
S22、将水合肼和氨水混合形成溶液Y；
S23、将溶液Y加入至溶液X中，进行水热反应，反应温度范围为160～200℃，反应时间为20～40小时；
S24、水热反应结束后，得到二维Te；将二维Te转移到PDMS衬底上，即含有二维Te的衬底二。
在一种可行的实施例中，步骤S3具体包括如下操作：所述衬底一上的二维MoS2的晶畴形状为等边三角形，所述二维MoS2的晶面方向平行于等边三角形的其中一边；所述衬底二上的二维Te的晶畴形状为梯形，所述二维Te的晶面方向平行于梯形的上底和下底。
在一种可行的实施例中，步骤S4中堆叠方式包括平行堆叠、垂直堆叠或错向堆叠；所述平行堆叠即二维MoS2的晶面方向与二维Te的晶面方向平行；所述垂直堆叠即二维MoS2的晶面方向与二维Te的晶面方向相互垂直；所述错向堆叠即二维MoS2的晶面方向与二维Te的晶面方向呈45度夹角。
在一种可行的实施例中，步骤S6采用微电子工艺中的正胶剥离技术制备电极，所述电极均采用双层电极结构，其中与二维Te接触的电极包括Cr接触层和Au导电层，与MoS2接触的电极包括Mo接触层和Au导电层，具体操作如下：
S61、采用电子束直写对与MoS2接触的电极进行图形化，并采用电子束蒸发制备电极，该电极包括与MoS2接触的Mo接触层和附着在Mo接触层上方的Au导电层；
S62、采用电子束直写对与Te接触的电极进行图形化，并采用电子束蒸发制备电极，该电极包括与Te接触的Cr接触层和附着在Cr接触层上方的Au导电层；
S63、S61和S62中的电极制备完成后，得到基于Te/MoS2范德华异质结的光探测器雏形。
在一种可行的实施例中，步骤S5中采用快速退火温度为150～250℃，退火时间为5～15分钟，退火气氛采用N2。
实施例1：
S1、采用CVD法制备二维MoS2：选择表面附着了100nm氧化层的硅片作为制备MoS2的衬底，将0.05gMoO3粉末和0.5gS单质粉末分别装于两只瓷舟内，将切割好的衬底附着了氧化层的一面朝下，平放于装有MoO3粉末的瓷舟上，将两个瓷舟放置在石英管内，将石英管放置于生长系统(比如化学气象沉积高温炉)中并确认生长系统的气密性后，通入氢气，用机械泵进行抽气排除石英管内的空气，将氢气和氩气的流量减小，让石英管内的气压达到50mbar，并稳定15分钟左右，设置20分钟温度从室温匀速升至800℃，生长时间15分钟，生长结束后停止加热，石英舟完全冷却至室温后，进行取样，得到生长了MoS2的衬底一，图1为制备出的MoS2的光学显微镜照片，MoS2的晶畴为等边三角形，三角形边长均不小于10μm；
S2、采用水热反应法制备二维Te：将0.5g聚乙烯吡咯烷酮和0.1g亚碲酸钠溶解于33mL的去离子水中，形成溶液X，随后将3.3mL氨水和1.65mL水合肼的混合形成溶液Y加入到溶液X中，并放入水热反应釜中，再将水热反应釜放置于烘箱中，烘箱设置温度180℃，反应30个小时后取出，得到产物二维Te，将产物二维Te转移PDMS衬底上，得到含有二维Te的衬底二，图2为制备出的二维Te的光学显微镜照片，二维Te薄片的宽度均不小于5μm；
S3、堆叠二维Te于MoS2上形成范德华异质结：使用干法转移台，根据衬底一上MoS2和衬底二上二维Te的晶畴判断出两种材料的晶面，准确控制二维Te和MoS2的堆叠角度，将衬底二上的二维Te转移到衬底一上的MoS2，形成“平行堆叠”的Te/MoS2范德华异质结，“平行堆叠”即MoS2的
晶面与二维Te的
晶面平行，图3为干法转移二维Te形成Te/MoS2范德华异质结的流程示意图，图4为“平行堆叠”的Te/MoS2范德华异质结的光学显微镜照片；
S4、光探测器件雏形制备：采用微电子工艺中的正胶剥离工艺制备电极，由于考虑到接触电阻的问题，Te和MoS2需要与不同的电极材料接触，首先采用电子束对与MoS2接触的电极进行图形化，并采用电子束蒸发制备电极，电极采用两层结构，第一层为20nm的Mo薄膜，第二层为附着在Mo薄膜电极上方的60nm厚度的Au薄膜导电层，其次继续采用电子束直写对与Te接触的电极进行图形化，并采用电子束蒸发制备电极，电极采用两层结构，第一层为与Te接触的20nmCr薄膜，第二层为附着在Cr薄膜电极上方的60nm厚度的Au薄膜导电层，由此得到Te/MoS2异质结光探测器雏形；
S5、对制备出的光探测器雏形进行快速退火处理：为提高电子束蒸发的金属薄膜的稳定性，将制备出的光探测器放置于退火炉中，在退火炉中充入N2，退火温度设置为200℃，退火时间为15分钟，退火完成后即制备出Te/MoS2异质结光探测器，图5为制备出的“平行堆叠”Te/MoS2异质结光探测器的光学显微镜照片。
实施例2：
S1、采用CVD法制备二维MoS2：选择表面附着了100nm氧化层的硅片作为制备MoS2的衬底，将0.05gMoO3粉末和0.5gS单质粉末分别装于两只瓷舟内，将切割好的衬底附着了氧化层的一面朝下，平放于装有MoO3粉末的瓷舟上，将两个瓷舟放置在石英管内，将石英管放置于生长系统(比如化学气象沉积高温炉)中并确认生长系统的气密性后，通入氢气，用机械泵进行抽气排除石英管内的空气，将氢气和氩气的流量减小，让石英管内的气压达到50mbar，并稳定15分钟左右，设置20分钟温度从室温匀速升至800℃，生长时间15分钟，生长结束后停止加热，石英舟完全冷却至室温后，进行取样，得到生长了MoS2的衬底一，图1为制备出的MoS2的光学显微镜照片，MoS2的晶畴为等边三角形，三角形边长均不小于10μm；
S2、采用水热反应法制备二维Te：将0.5g聚乙烯吡咯烷酮和0.1g亚碲酸钠溶解于33mL的去离子水中，形成溶液X，随后将3.3mL氨水和1.65mL水合肼的混合形成溶液Y加入到溶液X中，并放入水热反应釜中，再将水热反应釜放置于烘箱中，烘箱设置温度180℃，反应30个小时后取出，得到产物二维Te，将产物二维Te转移PDMS衬底上，得到含有二维Te的衬底二，图2为制备出的二维Te的光学显微镜照片，二维Te薄片的宽度均不小于5μm；
S3、堆叠二维Te于MoS2上形成范德华异质结：使用干法转移台，根据衬底一上MoS2和衬底二上二维Te的晶畴判断出两种材料的晶面，准确控制二维Te和MoS2的堆叠角度，将衬底二上的二维Te转移到衬底一上的MoS2，形成“垂直堆叠”的Te/MoS2范德华异质结，“垂直堆叠”即MoS2的
晶面与二维Te的
晶面垂直，图6为“垂直堆叠”的Te/MoS2范德华异质结的光学显微镜照片；
S4、光探测器件雏形制备：采用微电子工艺中的正胶剥离工艺制备电极，由于考虑到接触电阻的问题，Te和MoS2需要与不同的电极材料接触，首先采用电子束对与MoS2接触的电极进行图形化，并采用电子束蒸发制备电极，电极采用两层结构，第一层为20nm的Mo薄膜，第二层为附着在Mo薄膜电极上方的60nm厚度的Au薄膜导电层，其次继续采用电子束直写对与Te接触的电极进行图形化，并采用电子束蒸发制备电极，电极采用两层结构，第一层为与Te接触的20nmCr薄膜，第二层为附着在Cr薄膜电极上方的60nm厚度的Au薄膜导电层，由此得到Te/MoS2异质结光探测器雏形；
S5、对制备出的光探测器雏形进行快速退火处理：为提高电子束蒸发的金属薄膜的稳定性，将制备出的光探测器放置于退火炉中，在退火炉中充入N2，退火温度设置为200℃，退火时间为15分钟，退火完成后即制备出Te/MoS2异质结光探测器。
实施例3：
S1、采用CVD法制备二维MoS2：选择表面附着了100nm氧化层的硅片作为制备MoS2的衬底，将0.05gMoO3粉末和0.5gS单质粉末分别装于两只瓷舟内，将切割好的衬底附着了氧化层的一面朝下，平放于装有MoO3粉末的瓷舟上，将两个瓷舟放置在石英管内，将石英管放置于生长系统(比如化学气象沉积高温炉)中并确认生长系统的气密性后，通入氢气，用机械泵进行抽气排除石英管内的空气，将氢气和氩气的流量减小，让石英管内的气压达到50mbar，并稳定15分钟左右，设置20分钟温度从室温匀速升至800℃，生长时间15分钟，生长结束后停止加热，石英舟完全冷却至室温后，进行取样，得到生长了MoS2的衬底一，图1为制备出的MoS2的光学显微镜照片，MoS2的晶畴为等边三角形，三角形边长均不小于10μm；
S2、采用水热反应法制备二维Te：将0.5g聚乙烯吡咯烷酮和0.1g亚碲酸钠溶解于33mL的去离子水中，形成溶液X，随后将3.3mL氨水和1.65mL水合肼的混合形成溶液Y加入到溶液X中，并放入水热反应釜中，再将水热反应釜放置于烘箱中，烘箱设置温度180℃，反应30个小时后取出，得到产物二维Te，将产物二维Te转移PDMS衬底上，得到含有二维Te的衬底二，图2为制备出的二维Te的光学显微镜照片，二维Te薄片的宽度均不小于5μm；
S3、堆叠二维Te于MoS2上形成范德华异质结：使用干法转移台，根据衬底一上MoS2和衬底二上二维Te的晶畴判断出两种材料的晶面，准确控制二维Te和MoS2的堆叠角度，将衬底二上的二维Te转移到衬底一上的MoS2，形成“错向堆叠”的Te/MoS2范德华异质结，“错向堆叠”即MoS2的
晶面与二维Te的
晶面呈约45°夹角，图7为“错向堆叠”的Te/MoS2范德华异质结的光学显微镜照片；
S4、光探测器件雏形制备：采用微电子工艺中的正胶剥离工艺制备电极，由于考虑到接触电阻的问题，Te和MoS2需要与不同的电极材料接触，首先采用电子束对与MoS2接触的电极进行图形化，并采用电子束蒸发制备电极，电极采用两层结构，第一层为20nm的Mo薄膜，第二层为附着在Mo薄膜电极上方的60nm厚度的Au薄膜导电层，其次继续采用电子束直写对与Te接触的电极进行图形化，并采用电子束蒸发制备电极，电极采用两层结构，第一层为与Te接触的20nmCr薄膜，第二层为附着在Cr薄膜电极上方的60nm厚度的Au薄膜导电层，由此得到Te/MoS2异质结光探测器雏形；
S5、对制备出的光探测器雏形进行快速退火处理：为提高电子束蒸发的金属薄膜的稳定性，将制备出的光探测器放置于退火炉中，在退火炉中充入N2，退火温度设置为200℃，退火时间为15分钟，退火完成后即制备出Te/MoS2异质结光探测器。
采用实施例1-实施例3的方法分别制备了20个器件进行光电探测测试：首先采用可见光范围内波长为532nm的激光器对制备出的光探测器件进行光电探测测试，激光器的入射能量为1mW，通过计算得到的光响应度和比探测率如图8和图9所示，通过对比结果可以看出，在532nm激光照射下，三种堆叠方式制备出的Te/MoS2范德华异质结光探测器均可有效进行光探测，其中“平行堆叠”的Te/MoS2范德华异质结光探测器的光响应度(平均值804A/W)和比探测率(平均值6.25×1011Jones)均远高于“垂直堆叠”和“错向堆叠”的Te/MoS2范德华异质结光探测器，其次采用近红外范围内波长为1550nm的激光器对制备出的光探测器件进行光电探测测试，光电流密度如图10所示，通过对比结果可以看出，三种堆叠方式制备出的Te/MoS2范德华异质结光探测器在近红外波段仍可进行有效的光探测，且“平行堆叠”的Te/MoS2范德华异质结光探测器仍较另外两种堆叠方式的光探测器的光响应度和比探测率高，最后图11和图12给出了基于第一性原理对“平行堆叠”和“垂直堆叠”的Te/MoS2范德华异质结的能带计算结果，可以看出“平行堆叠”的Te/MoS2范德华异质结具有II型的能带排列结构，“垂直堆叠”的Te/MoS2范德华异质结的能带导带底和价带顶均有二维Te材料提供，属于典型的I型能带排列结构，正是基于这样的原因，“平行堆叠”的Te/MoS2范德华异质结制备的光探测器的光响应度和比探测率较高，而具有I型能带排列结构的Te/MoS2范德华异质结则更适合制备诸如激光器之类的光学器件。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种高光响应Te/MoS2异质结光探测器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、化学气相沉积制作若干个含有二维MoS2的衬底一；
S2、制备若干个含有二维Te的衬底二：以亚碲酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、水合肼和氨水为原料，制备出单晶二维Te，并将其转移到若干个衬底二上；
S3、根据衬底一上二维MoS2的晶畴，判断二维MoS2的晶面方向；根据衬底二上二维Te的晶畴，判断二维MoS2和二维Te的晶面方向；
S4、确定堆叠方式，根据二维MoS2的晶面方向和二维Te的晶面方向，选择可以形成该堆叠方式的二维MoS2和二维Te作为目标MoS2和目标Te；
S5、将步骤S4中目标二维Te转移到目标二维MoS2的上方，形成Te/MoS2范德华异质结；
S6、分别在所述Te/MoS2范德华异质结的二维Te一侧和二维MoS2一侧制备薄膜电极，电极均采用双层结构，得到Te/MoS2异质结的光探测器雏形；
S7、对Te/MoS2异质结的光探测器雏形进行退火处理，得到高光响应Te/MoS2异质结光探测器。
2.如权利要求1所述的一种高光响应Te/MoS2异质结光探测器的制备方法，其特征在于，步骤S1包括如下子步骤：
S11、选择表面绝缘的材料作为生长衬底；
S12、以MoO3粉末和S单质粉末作为反应物，分别装于反应舟内；
S13、将S11的生长衬底切块，使表面绝缘的一面朝下，置于S12中的装有MoO3粉末的反应舟上；并将两只反应舟放置于同一个反应管内；
S14、向反应管内通入惰性气体，排除反应管内的空气；
S15、对反应管进行加热至生长温度，进行MoS2生长；所述生长温度为600℃～900℃；生长时间为10～40分钟；
S16、完成生长后，待反应舟冷却到室温，取样得到含有MoS2的衬底，即含有MoS2的衬底一。
3.如权利要求1所述的一种高光响应Te/MoS2异质结光探测器的制备方法，其特征在于，步骤S2包括如下子步骤：
S21、将聚乙烯吡咯烷酮和亚碲酸钠溶解于去离子水中，搅拌均匀，得到溶液X；
S22、将水合肼和氨水混合形成溶液Y；
S23、将溶液Y加入至溶液X中，进行水热反应，反应温度范围为160～200℃，反应时间为20～40小时；
S24、水热反应结束后，得到二维Te；将二维Te转移到PDMS衬底上，即含有二维Te的衬底二。
4.如权利要求1所述的一种高光响应Te/MoS2异质结光探测器的制备方法，其特征在于，步骤S3具体包括如下操作：所述衬底一上的二维MoS2的晶畴形状为等边三角形，所述二维MoS2的晶面方向平行于等边三角形的其中一边；所述衬底二上的二维Te的晶畴形状为梯形，所述二维Te的晶面方向平行于梯形的上底和下底。
5.如权利要求1所述的一种高光响应Te/MoS2异质结光探测器的制备方法，其特征在于，步骤S4中堆叠方式包括平行堆叠、垂直堆叠或错向堆叠；所述平行堆叠即二维MoS2的晶面方向与二维Te的晶面方向平行；所述垂直堆叠即二维MoS2的晶面方向与二维Te的晶面方向相互垂直；所述错向堆叠即二维MoS2的晶面方向与二维Te的晶面方向呈45度夹角。
6.如权利要求1所述的一种高光响应Te/MoS2异质结光探测器的制备方法，其特征在于，步骤S6采用微电子工艺中的正胶剥离技术制备电极，所述电极均采用双层电极结构，其中与二维Te接触的电极包括Cr接触层和Au导电层，与MoS2接触的电极包括Mo接触层和Au导电层；具体操作如下：
S61、采用激光直写对与MoS2接触的电极进行图形化，并采用磁控溅射制备电极，该电极包括与MoS2接触的Mo接触层和附着在Mo接触层上方的Au导电层；
S62、采用激光直写对与Te接触的电极进行图形化，并采用磁控溅射制备电极，该电极包括与Te接触的Cr接触层和附着在Cr接触层上方的Au导电层；
S63、S61和S62中的电极制备完成后，得到Te/MoS2异质结的光探测器雏形。
7.如权利要求1所述的一种高光响应Te/MoS2异质结光探测器的制备方法，其特征在于，步骤S7中采用退火温度为150～250℃，退火时间为5～15分钟，退火气氛采用N2。
8.一种高光响应Te/MoS2异质结光探测器，其特征在于：包括由二维Te和二维MoS2所组成的异质结区域、与二维Te接触的Cr/Au双层电极、与MoS2接触的Mo/Au双层电极和绝缘衬底；所述二维Te和二维MoS2之间的堆叠方式采用平行堆叠、垂直堆叠或错位堆叠中的一种。
9.如权利要求8所述的一种高光响应Te/MoS2异质结光探测器，其特征在于：所述二维MoS2的晶畴形状为等边三角形，所述二维MoS2的晶面方向平行于等边三角形的其中一边；所述二维Te的晶畴形状为梯形，所述二维Te的晶面方向平行于梯形的上底和下底；所述平行堆叠即二维MoS2的晶面方向与二维Te的晶面方向平行；所述垂直堆叠即二维MoS2的晶面方向与二维Te的晶面方向相互垂直；所述错向堆叠即二维MoS2的晶面方向与二维Te的晶面方向呈45度夹角。
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