技術領域：

本發(fā)明涉及一種基于獨立式二硫化錫納米片的垂直光電探測器及制備方法，屬于光電探測器技術領域。

背景技術：
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光電探測器是利用半導體材料的光電效應原理而制得的一種光電探測裝置，其在軍事和國民經(jīng)濟的各個領域均有廣泛應用。近年來，二維半導體納米材料由于其巨大比表面積、獨特的電子結(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，進而受到了人們的廣泛關注和研究。目前，以二維半導體納米材料為基礎制備的光電探測器均以平面型結(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，通過復雜的光刻及微納加工工藝可以制備出超薄的光電探測器。然而這種平面結(jié)構(gòu)的二維超薄光電探測器具有明顯缺點和不足(g.fiorietal.,natnanotechnol,2014,9,768-779)：(1)由于與金屬電極接觸面積較大導致電接觸問題復雜，容易導致漏電流；(2)受基底影響嚴重，容易引起摻雜和散射；(3)吸光能力有限，對入射光線反射嚴重。針對以上問題，發(fā)展出二維半導體納米材料為基礎的具有垂直結(jié)構(gòu)的光電探測器無疑是一種十分新穎而有效的解決途徑。

技術實現(xiàn)要素：
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針對上述問題，本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種基于獨立式二硫化錫納米片的垂直光電探測器及制備方法。

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

步驟一：在導電襯底上制備出獨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立式垂直排列的二硫化錫納米片的制備工藝為化學氣相沉積法，生長所用導電襯底為氟摻雜二氧化錫(fto)透明導電玻璃，生長溫度小于450℃，生長時間為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3-5次；烘干溫度為120℃，保持時間為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)闊嵴翦儯饘匐姌O為純度99.99％的金，蒸鍍厚度為20nm。

一種基于獨立式二硫化錫納米片的垂直光電探測器，它包括金電極、pmma絕緣層、垂直二硫化錫納米片和導電襯底fto玻璃；所述金電極為正極，fto玻璃為負極，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)有技術相比，本發(fā)明的有益效果為：

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

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

3、獨立式二硫化錫納米片特有的垂直結(jié)構(gòu)決定了其與導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，利于提高光電探測性能；

4、制備工藝實施簡單、重復性好，避免了繁瑣而復雜的光刻技術的使用，為二維半導體納米材料，尤其是垂直生長的半導體納米材料在光電器件構(gòu)筑與應用方面提供可靠制備范例。

附圖說明：

為了易于說明，本發(fā)明由下述的具體實施及附圖作以詳細描述。

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為本具體實施方式中獨立式二硫化錫納米片的垂直光電探測器的掃描電子顯微鏡照片；

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

圖6為本發(fā)明實施例1所示的獨立式垂直二硫化錫納米片與對比例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)明中獨立式二硫化錫納米片的垂直光電探測器的光電性能測試結(jié)果：其中圖7a為不同光照條件和強度下的電流-電壓特性曲線；圖7b、圖7c為偏壓為2v，490nm波長，光照強度為475μw/cm²時的光響應曲線；

圖8為對比例1所示的二硫化錫納米片為基礎制備的平行光電探測器的光電性能測試結(jié)果：其中圖8a為不同光照條件和強度下的電流-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器光學照片；圖8b為偏壓為2v，490nm波長，光照強度為475μw/cm²時的光響應曲線。

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

具體實施方式：

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明了，下面通過附圖中示出的具體實施例來描述本發(fā)明。但是應該理解，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，省略了對公知結(jié)構(gòu)和技術的描述，以避免不必要地混淆本發(fā)明的概念。

實施例1：

如圖1所示，本具體實施方式采用以下技術方案：它包括金電極1、pmma絕緣層2、垂直二硫化錫納米片3和導電襯底fto玻璃4；圖1中金電極為正極，fto玻璃4為負極，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，利用化學氣相沉積工藝，在生長溫度～450℃，生長時間為5min時，可在fto襯底上生長出具獨立式垂直的二硫化錫納米片。

如圖3所示，在生長后的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，為本實施例所示獨立式二硫化錫納米片的垂直光電探測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)明實施例所示的導電襯底fto在生長獨立式二硫化錫納米片前后的電流-電壓特性曲線對比圖。從圖中可以看出，在生長溫度～450℃下熱處理后仍保持了其原有的良好導電性，進而驗證了本實施例中二硫化錫納米片垂直光電探測器制備的可行性與可靠性。

如圖6所示，它為本發(fā)明實施例所示的獨立式垂直二硫化錫納米片與對比例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，相較對比例1所示的平行二硫化錫納米片而言，本發(fā)明實施例所示的垂直二硫化錫納米片在300-800nm波長范圍內(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)明實施例所示的獨立式二硫化錫納米片的垂直光電探測器的光電性能測試結(jié)果：圖7a為不同光照條件和強度下的電流-電壓特性曲線；圖7b，圖7c為偏壓為2v，490nm波長，光照強度為475μw/cm²時的光響應曲線?？梢钥闯?，該垂直光電探測器的對光照有明顯響應，最大電流開關比為19；光響應時間快，重復性好，光響應上升和衰退時間僅為43.4ms和64.4ms。

對比例1：

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

如圖2所示，利用化學氣相沉積工藝，在生長溫度～450℃，生長時間為5min時，可在fto襯底上生長出具垂直的二硫化錫納米片。

將生長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器；器件測試之前，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，它為對比例1所示的傳統(tǒng)平行二硫化錫納米片與實施例1所示的獨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波長范圍內(nèi)的紫外-可見吸收強度均低于實施例1所示的獨立式垂直二硫化錫納米片的。

如圖8所示，它為對比例1所示的二硫化錫納米片為基礎制備的平行光電探測器的光電性能測試結(jié)果：圖8a為不同光照條件和強度下的電流-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器光學照片；圖8b為偏壓為2v，490nm波長，光照強度為475μw/cm²時的光響應曲線。從圖中可以看出，該二硫化錫納米片平行光電探測器對光照的響應非常差，電流開關比不到1.3；其光響應時間非常慢，上升和衰退時間均超過100s，遠遠落后于本發(fā)明實施例1所示的獨立式二硫化錫納米片的垂直光電探測器的光電性能。

對于本領域技術人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(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現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權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)。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。

此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經(jīng)適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。