一种高各向异性比二维GaS偏振光电探测器及其制备方法

本发明属于偏振光探测，具体涉及一种高各向异性比二维gas偏振光电探测器及其制备方法。

背景技术：

1、随着光电技术迅速崛起，光信号探测作为光电技术的核心已经和人类日常生活紧密相连。随着人们日益增长的物质文化需求的提高，对于信号检测的精度以及信号覆盖的范围也提出了更高的要求。为了突破硅基器件的极限，打破经典“摩尔定律”的限制，世界各课题组致力于研究更为新颖的二维材料，用于弥补硅基光电探测器的吸收和响应盲区，拓展更多高参数的光电探测器。其中，偏振，作为光矢量性的重要参数，往往被传统光电探测器所忽略。随着二维层状材料家族的不断拓展和延伸，选择一种对于偏振光有特定响应，响应灵敏且响应速度快的材料，成为了当下偏振光电探测领域的热门问题。在对过去的报道调研可知，对偏振光敏感的二维材料往往是具有各向异性的，这种各向异性反映在光谱特性，输运特性以及光电响应上。纵观二维材料合成工艺的方法进展，机械剥离法是相比于液相剥离和气相沉积更能保持材料本征性质和晶体结晶性。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了提高偏振光电探测器的各向异性，提出了一种高各向异性比二维gas偏振光电探测器及其制备方法；

2、一种高各向异性比二维gas偏振光电探测器，包括：衬底（1），电极（2），中央沟道（3）和二维材料gas（4）；

3、所述的电极（2）设置在衬底（1）的上表面，所述的二维材料gas（4）设置在电极（2）的中心位置，且与电极（2）接触；

4、所述的二维材料gas（4）为引入材料层间滑移的各向异性的二维gas材料。

5、所述的衬底（1）为硅/二氧化硅衬底。

6、所述的电极（2）为8个金蒸镀层电极，电极厚度为50nm，每相邻的两个电极互成45°夹角，8个电极均匀分布在360°范围内，对向电极厚度为10-20微米。

7、所述的中央沟道（3）为半径5微米的圆形。

8、一种高各向异性比二维gas偏振光电探测器的制备方法，：包括以下步骤：

9、s1：切割基体衬底：使用玻璃刀对晶圆级硅/二氧化硅衬底进行切割，切割至1cm*1cm尺寸；

10、s2：制作电极：在s1所制备的衬底上旋涂光刻胶→对准和曝光→显影后烘干→真空镀膜→刻蚀→除胶，制备8个金蒸镀层电极；

11、s3：制作高各向异性二维gas材料：取gas体材料，用两片1cm2具有双面粘性的pdms薄膜粘贴gas体材料，持续按压，并重复该步骤3次，然后沿边缘撕开两片pdms，取残留gas材料较少的上层pdms粘性薄膜，另取新pdms薄膜重复上述步骤3次，二维gas材料样品在两个垂直方向上的尺寸均不小于10微米，取最后一次剥离后的二维gas材料样品，将其材料附着面朝上，夹取两端，将其两端分别紧密贴合在一个半圆柱形模型上，赶走所有内部气泡，加热至120℃，退火，冷却至室温，取下失去部分粘性且吸附gas二维材料的pdms；

12、s4：转移高各向异性二维gas材料：将pdms上的gas二维材料，用二维材料转移台精准转移到s2所制备的电极的中心位置， gas二维材料各个边缘与各对向电极良好接触，随后将平台升温，最终抬起失去粘性的pdms；

13、s5：揭去pdms胶，保持表面清洁度，保留探测器部分，得到高各向异性二维gas光电探测器。

14、s1中，所述的切割基体衬底：使用金刚石刀对晶圆级硅/二氧化硅衬底进行切割，切割至1cm*1cm尺寸。

15、s3中，所述的gas体材料是用水热方法制备的，尺寸为1cm2，厚度为500nm；

16、所述的持续按压，所用的力为4n，按压持续时间为30s。

17、s3中，所述的半圆柱形模型为曲率半径为1cm的半圆柱形模型。

18、s3中，所述的加热至120℃是以20℃/分钟的加热速度加热，所述的退火持续时间为10分钟。

19、s4中，所述的将平台升温，是将平台升温至80℃，保持十分钟，后升温至110℃，保持五分钟。

20、有益效果：

21、本发明采取应力引入二维材料各向异性的方法，基于传统光刻手法和改进的机械剥离技术，成功制备了高各向异性比（11.2）的偏振光电探测器，实现对于偏振光的高效探测。根据上述测试结果，汇总了近年来不同领域的偏振光电探测器的各向异性比，可见其不仅在二维材料领域达到了良好的结果，在其他研究方向也具有竞争性。

22、 材料种类 波段 各向异性比 <![cdata[res₂]]> 可见 2.8 <![cdata[pdse₂]]> 紫外 2.2 cdse 可见 7.0 gasb 红外 2.1 gas 紫外-可见 11.2

技术特征：

1.一种高各向异性比二维gas偏振光电探测器，其特征在于：包括：衬底（1），电极（2），中央沟道（3）和二维材料gas（4）；

2.根据权利要求1所述的一种高各向异性比二维gas偏振光电探测器，其特征在于：所述的二维材料gas（4）的曲率半径为1cm。

3.根据权利要求2所述的一种高各向异性比二维gas偏振光电探测器，其特征在于：所述的衬底（1）为硅/二氧化硅衬底。

4.根据权利要求3所述的一种高各向异性比二维gas偏振光电探测器，其特征在于：所述的电极（2）为8个金蒸镀层电极，电极厚度为50nm，每相邻的两个电极互成45°夹角，8个电极均匀分布在360°范围内，对向电极厚度为10-20微米。

5.根据权利要求4所述的一种高各向异性比二维gas偏振光电探测器，其特征在于：所述的中央沟道（3）为半径5微米的圆形。

6.一种高各向异性比二维gas偏振光电探测器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种高各向异性比二维gas偏振光电探测器的制备方法，其特征在于：s1中，所述的切割基体衬底：使用金刚石刀对晶圆级硅/二氧化硅衬底进行切割，切割至1cm*1cm尺寸。

8.根据权利要求7所述的一种高各向异性比二维gas偏振光电探测器的制备方法，其特征在于：s3中，所述的gas体材料是用水热方法制备的，尺寸为1cm2，厚度为500nm；

9.根据权利要求8所述的一种高各向异性比二维gas偏振光电探测器的制备方法，其特征在于：s3中，所述的半圆柱形模型（5）为曲率半径为1cm的半圆柱形模型；

10.根据权利要9所述的一种高各向异性比二维gas偏振光电探测器的制备方法，其特征在于：s4中，所述的将平台升温，是将平台升温至80℃，保持十分钟，后升温至110℃，保持五分钟。

技术总结
本发明公开了一种高各向异性比二维GaS偏振光电探测器及其制备方法，高各向异性比二维GaS偏振光电探测器，它包括：衬底，电极，电极间隙，光敏二维半导体材料，所述的电极为真空镀膜金层，覆盖在Si/SiO<subgt;2</subgt;衬底上；光敏二维半导体材料为改进使用改进的机械剥离方法制备的GaS层状材料，两个垂直方向的尺寸均不小于10微米，经人工引入应力和退火操作，定点转移覆盖于电极间隙上；获得在二维材料领域中超高的各向异性比11.2。

技术研发人员：辛巍,王晓颖,刘为振,仲玮恒,高鹏翔,段鑫宇,徐海阳
受保护的技术使用者：东北师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12