一种1DGaN纳米柱阵列/2DMoS2/Pedot:Pss自供电柔性紫外探测器与制备

本发明涉及紫外探测器件，尤其一种1d gan纳米柱阵列/2d mos2/pedot:pss自供电柔性紫外探测器与制备。

背景技术：

1、自供电型紫外探测器无需额外电源就能实现光电探测，具有体积小，重量轻的特点，在航空航天，宽带通信，柔性可穿戴等军用及民用领域具有重要应用前景。构建异质结引入内建电场来实现光生载流子分离是实现该类型器件的有效策略之一。然而，常见的异质结型探测器多为薄膜型器件，由于光俘获效率低，缺陷散射严重等，存在响应速度慢，响应度低等问题。同时，该类器件在柔性状态由于电极滑移，性能衰退严重。在此背景下，发明人首次提出了1d gan纳米柱阵列/2d mos2薄膜/pedot:pss薄膜的新型异质结构并实现了柔性的自供电型紫外探测应用。该结构能够实现入射的紫外光多重反射吸收，提升光俘获率，同时将载流子限制在低维空间内，实现快速分离。基于该结构的柔性紫外探测器在无工作电压时表现出高响应度，快响应速度，具有巨大的应用前景。同时，在制备过程中，无复杂操作和其他有害副产物产生，为柔性光电探测器件制备提供了有效策略。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种1d gan纳米柱阵列/2d mos2/pedot:pss自供电柔性紫外探测器与制备。

2、本发明通过湿法转移技术将1d gan纳米柱阵列/2d mos2薄膜无损转移至pedot:pss/ito/pet柔性衬底上，实现了高性能、自供电柔性紫外光电探测器制备。

3、本发明克服了传统薄膜型柔性探测器响应度低、响应速度慢、弯曲状态性能差等问题，制备过程无复杂操作和有害污染物产生，为下一代光电探测提供了有效策略。

4、本发明1d gan纳米柱阵列是通过分子束外延法制备；mos2薄膜是通过化学气相沉积法制备；柔性异质结是通过湿法转移技术将1d gan纳米柱阵列/2d mos2薄膜无损转移至pedot:pss/ito/pet柔性衬底上获得。由于2d mos2薄膜作为转移模板，1d gan纳米柱阵列不会出现倒塌与破坏。此外，gan/mos2/pedot:pss的异质界面处能形成ii型能带对齐，有效增强光生载流子的分离，提高器件性能。

5、本发明通过下述技术方案实现：

6、一种1d gan纳米柱阵列/2d mos2/pedot:pss自供电柔性紫外探测器，包括gan纳米柱垂直阵列6、mos2薄膜5、pedot:pss薄膜、ito薄膜2、pet柔性衬底1、第一金属电极3、第二金属电极4；

7、所述ito薄膜2位于pet柔性衬底1上；

8、所述mos2薄膜5位于ito薄膜2上；

9、所述gan纳米柱垂直阵列6位于mos2薄膜5上；

10、所述第一金属电极3位于ito薄膜2上，形成欧姆接触；

11、所述第二金属电极4位于gan纳米柱垂直阵列6上，形成欧姆接触。

12、所述pet柔性衬底1的厚度为300～400μm，所述ito薄膜2电阻为10-4～10-3ω·cm。

13、gan纳米柱垂直阵列6的长度为200～600nm，直径为30～70nm；gan纳米柱的密度为5.0×109～10.0×109/cm2。

14、所述mos2薄膜5厚度为2～7nm。

15、所述第一金属电极3与第二金属电极4均为80～100nmti金属层和100～120nm au金属层依次层叠而成；其中，au金属层在ti金属层的上方。

16、本发明1d gan纳米柱阵列/2d mos2/pedot:pss自供电柔性紫外探测器的制备方法，包括以下步骤：

17、s1：通过化学气相沉积工艺，在sio2/si衬底上制备了2d mos2薄膜；

18、s2：将步骤s1中的mos2/sio2/si置于射频辅助分子束外延设备(pa-mbe)中，在mos2/sio2/si上生长出gan纳米柱；

19、s3：将步骤s2中的gan纳米柱/mos2/sio2/si旋涂pmma溶液并加热固化；

20、s4：将步骤s3中的pmma/gan纳米柱/mos2/sio2/si置于稀hf溶液中，去除sio2薄膜，得到pmma/gan纳米柱/mos2；

21、s5、将步骤s4中的pmma/gan纳米柱/mos2转移至pedot:pss/ito/pet柔性衬底上，并采用反应离子刻蚀来去除表面pmma；

22、s6、通过电子束蒸发工艺，在步骤s5得到的gan纳米柱/mos2/pedot:pss/ito/pet柔性衬底上制备ti/au电极得到自供电柔性紫外光电探测器。

23、所述步骤s2中的pa-mbe的腔体压力、衬底温度、束流源温度、气体流量、射频等离子体功率和生长时间是实现gan纳米柱垂直阵列的主要因素。因此本发明射频辅助分子束外延设备生长的工艺条件设定如下：

24、在900～950℃温度范围内退火处理40～60min；

25、n2气体流量为1.5～2sccm；

26、腔体压力为1×10-8～5×10-8torr；

27、生长温度为920～940℃；

28、射频等离子体功率为380～400w；

29、ga源温度为920～950℃；

30、总生长时间为2.6～2.8h。

31、所述步骤s3中的pmma旋涂速度、固化温度等等是影响pmma与gan纳米柱的粘附力的关键因素。因此本发明pmma旋涂转速为4000～6000r，时间为50～60s；固化温度为100～110℃，固化时间为3～5min。

32、所述步骤s4中hf溶液浓度决定了sio2腐蚀速度，如果浓度太高，容易导致gan纳米柱坍塌，如果浓度太低，容易残留sio2。因此本发明hf溶液体积浓度比为7～10％，浸泡时间为25～30min。

33、所述s5中反应离子刻蚀时间、功率过大，容易对底部mos2薄膜造成损伤。反应离子刻蚀时间、功率太小，则会残留pmma。因此，本发明反应离子刻蚀采用气体为ar气，刻蚀时间为15～20min，刻蚀功率为20～25w。

34、所述s1中的mos2厚度是影响gan纳米柱阵列生长的关键因素之一。mos2太薄，gan纳米柱阵列容易出现合并；而mos2太厚，gan纳米柱的密度太小，光吸收能力下降。而mos2薄膜的厚度主要由生长温度、生长压力、生长时间和源决定。因此本发明采用化学气相沉积法，以0.04～0.07g三氧化钼(moo3)和0.1～0.15g硫(s)粉末作为mo和s源，在650～700℃温度和大气压下生长10～15分钟。

35、本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

36、本发明提供了克服了传统薄膜型柔性探测器响应度低、响应速度慢、弯曲状态性能差等问题，gan/mos2/pedot:pss的异质界面处能形成ii型能带对齐，有效增强光生载流子的分离，器件在紫外光探测时表现出较高的光响应度和极快的响应速度。

37、柔性异质结是通过湿法转移技术将1d gan纳米柱阵列/2d mos2薄膜无损转移至pedot:pss/ito/pet柔性衬底上获得。由于2d mos2薄膜作为转移模板，1d gan纳米柱阵列不会出现倒塌与破坏。因此，该器件利用了gan纳米柱阵列巨大的比表面积提升光吸收，利用了2d mos2的二维量子限域性，提高了载流子迁移率，制备过程无复杂操作和有害污染物产生，为下一代光电探测提供了有效策略。