基于空位缺陷二维材料的偏振光电探测装置及其制备方法

技术领域

本发明涉及偏振光电探测技术领域，具体涉及一种基于空位缺陷二维材料的偏振光电探测装置及其制备方法。

背景技术

光探测器可以实现光电信号直接转换来实现光探测，在各种光探测器中，偏振光探测器可以精细识别光的偏振信息，提高光探测的准度和精度，在遥感成像、环境监测、医疗检测和军事设备等领域有非常重要的应用价值。

目前，偏振光探测主要是基于一维纳米材料本身的偏振敏感度来实现，但是基于这类材料的加工难度较大、纳米沟道对准比较复杂，限制了这类材料在偏振光探测领域的应用。随着信息器件进一步小型化、集成化，新型低维材料的偏振光探测器可以直接利用材料本征的各向异性对偏振光进行感知,很多二维/一维半导体材料，如在Acta PhysicaSinica,68,163201(2019)魏钟鸣等人提到，黑磷[Nature Nanotechnology 10,707(2015)]、ReS

综上，针对上述现有技术存在的问题，目前亟需一种新的高性能的基于低维材料的偏振光探测装置。

发明内容

基于上述表述，本发明提供了一种基于空位缺陷二维材料的偏振光电探测装置及其制备方法，以解决现有技术中的偏振光电探测装置各向异性较低的技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种基于空位缺陷二维材料的偏振光电探测装置，包括：二维材料、第一电极及第二电极；

所述二维材料具有空位缺陷，以构建形成中心照射区，所述中心照射区用于吸收光信号；

所述第一电极和所述第二电极相对布设于所述中心照射区的两侧，所述第一电极与所述第二电极用于加载偏置电压，以形成偏置电场。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步的，所述二维材料为TlPt

进一步的，所述TlPt

进一步的，所述第一电极和所述第二电极均为贵金属电极。

进一步的，所述第一电极和所述第二电极的厚度均为50～60nm。

进一步的，所述偏振光电探测装置还包括衬底；

所述二维材料、所述第一电极和所述第二电极均设置于所述衬底上，且，位于所述衬底的同侧布设。

进一步的，所述衬底包括Si基底和SiO

所述SiO

第二方面，本发明还提供一种用于制备如第一方面中任一项所述的基于空位缺陷二维材料的偏振光电探测装置的制备方法，包括：

步骤1：剥离获取单层薄膜状的二维材料，并利用等离子辐射对所述二维材料制造原子空位缺陷；

步骤2：将所述二维材料与第一电极和第二电极进行组装，制备得到结构为电极-二维材料薄膜-电极的偏振光电探测器。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步的，在步骤2中，所述将所述二维材料与第一电极和第二电极组装，具体包括：

将二维材料薄膜负载在SiO

利用光刻机对所述二维材料薄膜进行旋刻，得到与所述第一电极和所述第二电极形状相适配的第一凹槽和第二凹槽；

在所述第一凹槽和所述第二凹槽处蒸镀所述第一电极和所述第二电极，干燥化处理后制得结构为电极-二维材料薄膜-电极的偏振光电探测装置。

进一步的，在将二维材料薄膜负载在SiO

将SiO

与现有技术相比，本申请的技术方案具有以下有益技术效果：

本发明提供的基于空位缺陷二维材料的偏振光电探测装置使用的是具有原子空位缺陷的二维材料，一方面，原子缺陷获得的最大消光比相较于现有技术中的常规材料，其最大消光比能够上升了一个数量级，有效地解决了现阶段偏振光电探测装置各向异性比较低的问题，具有良好的偏振灵敏度；另一方面，在300～500k温度之间空位缺陷状态的二维材料势能变化的标准差均在0～0.1之间，使得偏振光电探测装置具有良好的高温稳定性；此外，二维材料原子空位缺陷下的最大光响应能够达到为初始态的最大光响应的2倍多，有效提高了偏振光电探测装置的光电性能。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于空位缺陷二维材料的偏振光电探测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的基于空位缺陷二维材料的偏振光电探测装置的制备方法示意图；

图3为本发明实施例提供的偏振光电探测装置分别在初始态和不同原子空位缺陷状态下能带带隙变化示意图；其中，图3(a)为TlPt

图4为本发明实施例提供的偏振光电探测装置分别在初始态和不同原子空位缺陷状态下光电流与入射偏振角关系图；其中，图4(a)为TlPt

图5为本发明实施例提供的偏振光电探测装置在初始态和不同原子空位缺陷状态下最大光电流(光响应)示意图；

图6为本发明实施例提供的偏振光电探测装置300-500k的温度变化下薄膜类型与势能变化的标准差和平均标准差示意图；

图7为本发明实施例提供的偏振光电探测装置分别在初始态和不同原子空位缺陷状态下各向异性电流比示意图；其中，图7(a)为TlPt

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、二维材料；2、第一电极；3、第二电极；4、衬底。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

下面结合附图1至7和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

第一方面，如图1所示，本发明实施例提供了一种基于空位缺陷二维材料的偏振光电探测装置，包括：二维材料、第一电极及第二电极。

二维材料具有空位缺陷，以构建形成中心照射区，中心照射区用于吸收光信号。

第一电极和第二电极相对布设于中心照射区的两侧，第一电极与第二电极用于加载偏置电压，以形成偏置电场。

具体地，本发明实施例提供的基于空位缺陷二维材料的偏振光电探测装置是通过使用具有原子空位缺陷的二维材料制作得到的，因此，其相较于现有技术具有如下三方面的优势：

第一方面，原子缺陷获得的最大消光比相较于现有技术中的常规材料，其最大消光比能够上升了一个数量级，有效地解决了现阶段偏振光电探测装置各向异性比较低的问题，具有良好的偏振灵敏度；

第二方面，在300～500k温度之间空位缺陷状态的二维材料势能变化的标准差均在0～0.1之间，使得偏振光电探测装置具有良好的高温稳定性；

第三方面，二维材料原子空位缺陷下的最大光响应能够达到为初始态的最大光响应的2倍多，有效提高了偏振光电探测装置的光电性能。

在可选的实施例中，二维材料为TlPt

进一步地，TlPt

在可选的实施例中，第一电极和第二电极均为贵金属电极，在具体的示例中，可以为金、银或铂等，具体电极的种类不作限定，依据实际需要进行选择即可。

在可选的实施例中，第一电极和第二电极的厚度均为50～60nm，具体厚度不作限定，依据实际情况进行设置即可。

在可选的实施例中，如图1所示，偏振光电探测装置还包括衬底。

二维材料、第一电极和第二电极均设置于衬底上，且，位于衬底的同侧布设。

其中，衬底包括Si(硅)基底和SiO

第二方面，如图2所示，本发明实施例还提供一种用于制备如第一方面任一项的基于空位缺陷二维材料的偏振光电探测装置的制备方法，包括：

步骤S1：剥离获取单层薄膜状的二维材料，并利用等离子辐射对二维材料制造原子空位缺陷；

步骤S2：将二维材料与第一电极和第二电极进行组装，制备得到结构为电极-二维材料薄膜-电极的偏振光电探测器。

在可选的实施例中，在步骤S2中，将二维材料与第一电极和第二电极组装，具体包括：

将二维材料薄膜负载在SiO

利用光刻机对二维材料薄膜进行旋刻，得到与第一电极和第二电极形状相适配的第一凹槽和第二凹槽；

在第一凹槽和第二凹槽处蒸镀第一电极和第二电极，干燥化处理后制得结构为电极-二维材料薄膜-电极的偏振光电探测装置。

其中，在将二维材料薄膜负载在SiO

将SiO

具体地，以二维材料为TlPt

步骤1：将SiO

步骤2：用单晶胶带通过机械剥离TlPt

步骤3：用PDMS(聚二甲基硅氧烷)贴到载玻片上，均匀涂抹PVA(聚乙烯醇)层，加热烘干后，使PVA与TlPt

步骤4：将带有TlPt

步骤5：将制备的TIPt

此外，为进一步验证本发明实施例提供的基于空位缺陷二维材料的偏振光电探测装置的技术效果，以二维材料为TIPt

在第一电极和第二电机上施加0.2V的偏置电压，选择从440-775nm的不同波长入射光，从0到180度的不同入射偏振角下照射到不同原子空位缺陷的TIPt

图3(a-d)是TlPt

图4(a-d)为在波长440nm-775nm范围内，初始TlPt

图5为在偏置电压为0.2v，入射光波长为440nm-775nm范围内，入射偏振角从0到180度下，测量绘制的TlPt

根据上述的图5的分析可知，通过适当调节原子缺陷和入射波长，可以有效的增大偏振探测器的光响应，其中，需要说明的是：最大光电流的大小代表着光响应的大小。

图6为在300-500k的温度变化下，薄膜类型与势能变化的标准差和平均标准差示意图，这些系统的总能量在长时间内轻微振荡，没有衰减，其势能变化的标准差均在0～0.1之间，说明它们具有良好的热稳定性，其中，8％Tl空位和8％S空位的势能标准差平均值较小，说明适当的空位缺陷可以提高单层TlPt

图7(a-d)为在偏置电压为0.2V，入射光波长为440nm～775nm范围内，入射偏振角从0到180度下，测量绘制在初始态和不同原子8％空位缺陷状态下的入射光与消光比的关系图。图7(a)为TlPt

此外，相较于石墨烯的8.7、硫化铅的2.38和硫化锗的2.1等的最大消光比，原子空位缺陷下的TIPt

消光比

对灵敏度进行处理得到

偏振光电探测器的灵敏度与消光比有关，消光比越大，灵敏度越高，反之，灵敏度越低，根据图7的消光比分析，TlPt

据以上分析，本发明实施例通过使用适当的原子空位缺陷的TlIPt

在本说明书的描述中，参考术语“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

最后应说明的是：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。