二维柔性光电气体传感器及其制作方法

技术领域

本发明涉及气体传感器领域，尤其涉及一种二维柔性光电气体传感器及其制作方法。

背景技术

气体传感器在环境检测、现代军事、智能家居等方面发挥着不可替代的作用，作为人工嗅觉的核心元件，积极探索高性能气体传感器是非常必要的。目前商业上使用较多的气体传感器是基于半导体金属氧化物材料，但是此类气体传感器通常需要在高温下工作才具备较好的灵敏度。因此，需要探索室温下高灵敏度气体传感器，室温下高灵敏度工作的气体传感器不仅可以降低功耗，还可以简化传感器设备的制造、运行成本。

近年来，以MoS

因此，怎样通过引入新机制，来提高柔性气体传感器的灵敏度，以及提升传感器的响应特性，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供一种二维柔性光电气体传感器及其制作方法，以解决传统柔性气体传感器的灵敏度低，以及响应较弱的问题。

本发明的第一方面，提供了一种二维柔性光电气体传感器，用于在光照条件下，感知待测气体并产生光电流和变化的电流，以对待测气体进行检测；包括：

衬底、栅电极层、介质层以及电极层；其中，所述栅电极层和所述介质层沿远离所述衬底的方向依次堆叠于所述衬底的表面；

混合相过渡金属硫族化合物膜层，形成于所述介质层的表面；所述混合相过渡金属硫族化合物膜层中的电流可受电压调控；

过渡金属硫族化合物膜层，堆叠于所述混合相过渡金属硫族化合物膜层的表面；其中，所述电极层排列于所述过渡金属硫族化合物膜层的表面；所述过渡金属硫族化合物膜层用于在光照条件下产生光电流；

其中，所述混合相过渡金属硫族化合物膜层与所述过渡金属硫族化合物膜层均用于感知待测气体，并产生变化的电流；其中，所述混合相过渡金属硫族化合物膜层与所述过渡金属硫族化合物膜层中均包括同种过渡金属硫族化合物。

可选的，所述混合相过渡金属硫族化合物膜层与所述过渡金属硫族化合物膜层中均包括MoS

可选的，所述过渡金属硫族化合物膜层为P型过渡金属硫族化合物膜层。

可选的，所述P型过渡金属硫族化合物膜层的材料为P型半导体2H相MoS

可选的，所述P型过渡金属硫族化合物膜层的厚度为0.65nm～2nm。

可选的，所述混合相过渡金属硫族化合物膜层的材料为1T@2H-MoS

可选的，所述混合相过渡金属硫族化合物膜层的厚度为6nm～10nm。

根据本发明的第二方面，还提供了一种二维柔性光电气体传感器的制作方法，用于制备本发明的第一方面任一项所述的二维柔性光电气体传感器，包括：

提供一所述衬底；在所述衬底上沿远离所述衬底的方向上依次形成所述栅电极层和所述介质层；

形成所述混合相过渡金属硫族化合物膜层；所述混合相过渡金属硫族化合物膜层形成于所述介质层的表面；

形成所述过渡金属硫族化合物膜层；所述过渡金属硫族化合物膜层堆叠于所述混合相过渡金属硫族化合物膜层的表面；

在所述过渡金属硫族化合物膜层的表面形成所述电极层；并对所述电极层进行去胶。

可选的，形成所述混合相过渡金属硫族化合物膜层的方法为：脉冲激光诱导法。

可选的，形成所述过渡金属硫族化合物膜层，包括：

形成所述P型过渡金属硫族化合物膜层。

可选的，形成所述P型过渡金属硫族化合物膜层具体包括：

提供一临时衬底；在所述临时衬底上形成N型过渡金属硫族化合物膜层；

对所述N型过渡金属硫族化合物膜层进行P型掺杂；以形成所述P型过渡金属硫族化合物膜层；

分离所述P型过渡金属硫族化合物膜层与所述临时衬底；并采用润滑溶液，以使得所述P型过渡金属硫族化合物膜层键合于所述混合相过渡金属硫族化合物膜层上。

可选的，在所述临时衬底上形成所述N型过渡金属硫族化合物膜层的方法为：化学气相沉积法。

可选的，对所述N型过渡金属硫族化合物膜层进行P型掺杂的方法为：磁控离子掺杂法。

可选的，对所述N型过渡金属硫族化合物膜层进行P型掺杂所采用的离子为：氮离子。

可选的，所述润滑溶液为：异丙醇溶液。

根据本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括本发明的第一方面任一项所述的二维柔性光电气体传感器。

根据本发明的第四方面，还提供了一种电子设备的制作方法，包括本发明的第二方面任一项所述的二维柔性光电气体传感器的制作方法。

本发明提供的二维柔性光电气体传感器，通过设置混合相过渡金属硫族化合物膜层，使得在待测环境下，混合相过渡金属硫族化合物膜层能够引起自身电流的变化，再通过将混合相过渡金属硫族化合物膜层与过渡金属硫族化合物膜层堆叠设置，使得过渡金属硫族化合物膜层内向混合相过渡金属硫族化合物膜层内传导的光电流，以及混合相过渡金属硫族化合物膜层自身的电流均能够受电压调控，并在电压的控制下增大，从而增大了通过柔性光电气体传感器的电流，与传统的室温下柔性气体传感器相比，提高了柔性光电气体传感器在检测时的灵敏度，另外，通过将过渡金属硫族化合物膜层与混合相过渡金属硫族化合物膜层设置为均包括同种过渡金属硫族化合物，使得二者匹配后，具有较好的界面特性，便于电流向混合相过渡金属硫族化合物膜层内传导，提升了柔性光电气体传感器检测的适用性。

进一步地，通过对过渡金属硫族化合物膜层进行掺杂，得到P型过渡金属硫族化合物膜层，提高了P型过渡金属硫族化合物膜层的迁移率，从而加快P型过渡金属硫族化合物膜层上电流的流动速率，使得P型过渡金属硫族化合物膜层在感应低浓度气体时，也能够产生电流变化，提升了柔性光电气体传感器的响应特性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的二维柔性光电气体传感器的立体结构示意图；

图2是本发明一实施例提供的二维柔性光电气体传感器的制作方法的不同工艺阶段的器件结构示意图一；

图3是本发明一实施例提供的二维柔性光电气体传感器的制作方法的不同工艺阶段的器件结构示意图二；

图4是本发明一实施例提供的二维柔性光电气体传感器的制作方法的不同工艺阶段的器件结构示意图三；

图5是本发明一实施例提供的二维柔性光电气体传感器的制作方法的不同工艺阶段的器件结构示意图四；

图6是本发明一实施例提供的二维柔性光电气体传感器的制作方法的不同工艺阶段的器件结构示意图五；

图7是本发明一实施例提供的二维柔性光电气体传感器的制作方法的不同工艺阶段的器件结构示意图六；

图8是本发明一实施例提供的二维柔性光电气体传感器的制作方法的不同工艺阶段的器件结构示意图七；

图9是本发明一实施例提供的二维柔性光电气体传感器的制作方法的不同工艺阶段的器件结构示意图八；

图10是本发明一实施例提供的二维柔性光电气体传感器的制作方法的不同工艺阶段的器件结构示意图九。

附图说明：

1-衬底；

2-栅电极层；

3-介质层；

4-混合相过渡金属硫族化合物膜层；

5-过渡金属硫族化合物膜层；

6-临时衬底；

7-N型过渡金属硫族化合物膜层；

8-P型过渡金属硫族化合物膜层；

9-支撑层；

10-电极层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

气体传感器在环境检测、现代军事、智能家居等方面发挥着不可替代的作用，作为人工嗅觉的核心元件，积极探索高性能气体传感器是非常必要的。目前商业上使用较多的气体传感器是基于半导体金属氧化物材料，但是此类气体传感器通常需要在高温下工作才具备较好的灵敏度。因此，需要探索室温下高灵敏度气体传感器。

近年来，以MoS

有鉴于此，本申请的发明人提出：通过在柔性气体传感器内设置混合相过渡金属硫族化合物膜层，使其能够感应气体，并产生电流变化，并通过将混合相过渡金属硫族化合物膜层与过渡金属硫族化合物膜层堆叠设置，使得过渡金属硫族化合物膜层传导至混合相过渡金属硫族化合物膜层内的光电流，以及混合相过渡金属硫族化合物膜层内的电流均能够受电压调控，并在电压的控制下增大，从而能够增大通过柔性气体传感器的电流，使得柔性气体传感器在检测时的灵敏度得以提升，同时，通过将混合相过渡金属硫族化合物膜层与过渡金属硫族化合物膜层设置为均包括同种过渡金属硫族化合物，使得二者匹配后，具有较好的界面特性，便于电流向混合相过渡金属硫族化合物膜层内传导，提升柔性光电气体传感器检测的适用性。

进一步，通过对过渡金属硫族化合物膜层进行掺杂，能够提高过渡金属硫族化合物膜层的迁移率，使得过渡金属硫族化合物膜层在感应低浓度气体时，也能够产生电流变化，提升柔性光电气体传感器的响应能力。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

图1是本发明一实施例提供的二维柔性光电气体传感器的立体结构示意图。

请参考图1，根据本发明的一实施例，提供了一种二维柔性光电气体传感器，用于在光照条件下，感知待测气体并产生光电流和变化的电流，以对待测气体进行检测；包括：

衬底1、栅电极层2、介质层3以及电极层10；其中，所述栅电极层2和所述介质层3沿远离所述衬底1的方向依次堆叠于所述衬底1的表面；

混合相过渡金属硫族化合物膜层4，形成于所述介质层3的表面；所述混合相过渡金属硫族化合物膜层4中的电流可受电压调控；

过渡金属硫族化合物膜层5，堆叠于所述混合相过渡金属硫族化合物膜层4的表面；其中，所述电极层10排列于所述过渡金属硫族化合物膜层5的表面；所述过渡金属硫族化合物膜层5用于在光照条件下产生光电流；

其中，所述混合相过渡金属硫族化合物膜层与所述过渡金属硫族化合物膜层均用于感知待测气体，并产生变化的电流；其中，所述混合相过渡金属硫族化合物膜层4与所述过渡金属硫族化合物膜层5中均包括同种过渡金属硫族化合物；一种具体的实施例中，所述混合相过渡金属硫族化合物膜层4与所述过渡金属硫族化合物膜层5中均包括MoS

一种实施例中，所述过渡金属硫族化合物膜层5为P型过渡金属硫族化合物膜层8。

本发明提供的二维柔性光电气体传感器，通过设置混合相过渡金属硫族化合物膜层，使其感应气体后，能够产生电流的变化，再通过将过渡金属硫族化合物膜层与混合相过渡金属硫族化合物膜层堆叠设置，使得过渡金属硫族化合物膜层传导至混合相过渡金属硫族化合物膜层内的光电流，以及混合相过渡金属硫族化合物膜层自身的电流均能够受电压调控，并在电压的控制下增大，以使得通过柔性气体传感器的电流增大，实现柔性气体传感器在检测时的灵敏度的提升，同时，通过将过渡金属硫族化合物膜层和混合相过渡金属硫族化合物膜层设置为均包括同种过渡金属硫族化合物，二者匹配后，具有较好的界面特性，便于电流向混合相过渡金属硫族化合物膜层内传导，提升了柔性光电气体传感器检测的适用性。

一种具体的实施例中，所述衬底1的材料为层状PI薄膜；所述栅电极层2的材料为层状ITO薄膜；所述介质层3的材料为Al

一种实施例中，所述混合相过渡金属硫族化合物膜层4的厚度为6nm～10nm；一种具体的实施例中，所述混合相过渡金属硫族化合物膜层4的材料为1T@2H-MoS

其中，所述1T@2H-MoS

一种实施例中，所述P型过渡金属硫族化合物膜层8的厚度为0.65nm～2nm；一种具体的实施例中，所述P型过渡金属硫族化合物膜层8的材料为P型半导体2H相MoS

当然，应该意识到，前述几个结构层也可以是其他的材料构成，本发明并不以此为限，任何可实现本发明相同效果的结构层均在本发明的保护范围内。

其次，请参考图2-图10，本发明实施例还提供了一种二维柔性光电气体传感器的制作方法，用于制备前述实施例中任一项所述的二维柔性光电气体传感器，该方法包括步骤S1-S4：

S1：提供一所述衬底1；在所述衬底1上沿远离所述衬底1的方向上依次形成所述栅电极层2和所述介质层3；如图3所示；

S2：形成所述混合相过渡金属硫族化合物膜层4；所述混合相过渡金属硫族化合物膜层4形成于所述介质层3的表面；如图4所示；

S3：形成所述过渡金属硫族化合物膜层5；所述过渡金属硫族化合物膜层5堆叠于所述混合相过渡金属硫族化合物膜层4的表面；如图10所示；

S4：在所述过渡金属硫族化合物膜层5的表面形成所述电极层10；并对所述电极层10进行去胶；如图10所示。

一种实施例中，步骤S1中，在所述衬底1上沿远离所述衬底1的方向上依次形成所述栅电极层2和所述介质层3，具体包括以下步骤S11-S12：

S11：在所述衬底1上形成所述栅电极层2，包括：

采用丙酮溶液对所述衬底1进行超声清洗，以去除所述衬底1表面的有机污垢；采用酒精对所述衬底1进行超声清洗，以去除所述衬底1表面的丙酮；并使用去离子水冲洗；其中，所述衬底1的厚度为0.4mm～1mm；

将所述衬底1放置于磁控溅射设备内的靶材位中心；利用高纯氩气和氧气混合气体对所述衬底1进行溅射镀膜，以在所述衬底1上形成所述栅电极层2；其中，所述衬底1与所述栅电极层2构成第一叠层；如图2所示；其中，所述栅电极层2的厚度为300nm～500nm；

其中，对所述衬底1进行溅射镀膜时的工作气压为1.5Pa～2.5Pa；溅射功率为80W～200W；所述衬底1的温度为室温至275℃；

S12：在所述栅电极层2上沉积介质材料，以形成所述介质层3，包括：

将所述第一叠层放入原子层沉积设备(ALD)反应腔内；以三甲基铝(TMA)和H

其中，所述介质层3的厚度为20nm～30nm；所述介质层3的沉积温度为110℃～300℃，以保持所述衬底1的完整性和灵活性。

一种实施例中，步骤S2中，形成所述混合相过渡金属硫族化合物膜层4的方法为：脉冲激光诱导法；具体包括：

将硫脲和五氯化钼溶解在异丙醇和乙二醇混合溶液中以制备反应物溶液；并使用磁力搅拌器对反应物溶液进行搅拌；

使用丙酮和酒精分别超声清洗所述第二叠层；并将所述反应物溶液旋涂至所述第二叠层的表面；

将表面具有反应物溶液的所述第二叠层放在热板上，并对其进行烘烤，直到反应物溶液固化；

将表面有固化的反应物溶液的所述第二叠层放入脉冲激光诱导合成设备腔室中；利用氟化氪激光直接照射表面有固化的反应物溶液的所述第二叠层的表面，以在所述第二叠层上形成所述混合相过渡金属硫族化合物膜层4；

其中，所述氟化氪激光的激光能量为30mJ～33mJ；采用上述方法，能够使得混合相过渡金属硫族化合物膜层具有平坦的表面以及连续致密的形貌，优化柔性光电气体传感器的结构。

一种实施例中，步骤S3中，形成所述过渡金属硫族化合物膜层5，包括：

形成所述P型过渡金属硫族化合物膜层8；具体包括以下步骤S31-S33：

S31：提供一临时衬底6；在所述临时衬底6上形成N型过渡金属硫族化合物膜层7，包括：

采用双温区管式炉分别控制硫源温区和钼源温区的温度，将盛有硫粉的石英舟置于所述双温区管式炉的石英管通风口的上流低温区(即所述硫源温区)；其中，所述双温区管式炉的上流低温区的温度为200℃～250℃；所述硫粉的含量为200mg～500mg；

将所述临时衬底6倒扣在盛有MoO

向所述石英管中充入保护气体氩气(Ar)；加热所述石英管至450℃～650℃；其中，所述氩气的气流量为10sccm～100sccm；

保持氩气的气流量不变，以3℃/min～5℃/min缓慢加热所述石英管至750℃～850℃；恒温保持5min～30min后冷却至室温，以在所述临时衬底6上形成所述N型过渡金属硫族化合物膜层7；如图5所示；

S32：对所述N型过渡金属硫族化合物膜层7进行P型掺杂；以形成所述P型过渡金属硫族化合物膜层8，包括：

将所述N型过渡金属硫族化合物膜层7放入密闭腔室中；并利用机械泵和分子泵先后对所述密闭腔室进行抽真空处理，直至所述密闭腔室内的真空度降低至8×10

对所述密闭腔室通入高纯度的氮气，调节气体流速为60sccm～80sccm，并调节插板阀，使所述密闭腔室内的气压维持在5Pa～5.6Pa左右；设置射频功率源的功率为10W；并调节射频源两电极之间的距离使其达到启辉条件；其中，所述射频功率源的频率为13MHz-13.8MHz；

启辉之后，迅速降低射频源的功率到2.5W～3.2W；并维持25S-35S；以形成漏斗型的暗红色氮等离子体辉光；所述氮等离子体在所述密闭腔室内环形磁场和电场的共同作用下，注入到所述N型过渡金属硫族化合物膜层7中进行P型掺杂，以形成所述P型过渡金属硫族化合物膜层8；如图6所示；

S33：分离所述P型过渡金属硫族化合物膜层8与所述临时衬底6；并采用润滑溶液，以使得所述P型过渡金属硫族化合物膜层8键合于所述混合相过渡金属硫族化合物膜层4上，包括：

在所述P型过渡金属硫族化合物膜层8的表面旋涂光刻胶，并置于热板上烘干；以形成支撑层9；其中，所述光刻胶旋涂的厚度为300nm～400nm；如图7所示；

利用1～4mol/LNaOH溶液或KOH溶液，刻蚀掉所述临时衬底6，以分离所述临时衬底6和所述P型过渡金属硫族化合物膜层8；如图8所示；

将所述P型过渡金属硫族化合物膜层8与所述支撑层9置于去离子水中进行清洗；将所述P型过渡金属硫族化合物膜层8远离所述支撑层9的一面键合于所述混合相过渡金属硫族化合物膜层4上；并滴入润滑溶液；

将键合后的所述P型过渡金属硫族化合物膜层8与所述混合相过渡金属硫族化合物膜层4置于室温下干燥；并对其进行烘烤；以使得所述P型过渡金属硫族化合物膜层8与所述混合相过渡金属硫族化合物膜层4更为紧密的接触；如图9所示；

将转移后的所述P型过渡金属硫族化合物膜层8放置于丙酮中，以消除所述支撑层9。

一种具体的实施例中，步骤S31中，在所述临时衬底6上形成所述N型过渡金属硫族化合物膜层7的方法为：化学气相沉积法(CVD)。

一种实施例中，步骤S32中，对所述N型过渡金属硫族化合物膜层7进行P型掺杂的方法为：磁控离子掺杂法，使得掺杂工艺可控易操作且对过渡金属硫族化合物膜损坏小，并能够修复过渡金属硫族化合物膜的空位缺陷，以提高掺杂后的过渡金属硫族化合物膜的迁移率，使得过渡金属硫族化合物膜在对低浓度气体进行吸附后，产生明显的迁移率改变，提高电流的流动速率，以提升光电气体传感器的检测适用性；一种具体的实施例中，对所述N型过渡金属硫族化合物膜层7进行P型掺杂所采用的离子为：氮离子，以降低过渡金属硫族化合物膜的制备成本；在其他举例中，也可选择其他离子进行掺杂，如氧离子，本发明并不以此为限，任意可实现本发明相同效果的离子均不脱离本实施例的描述。

一种具体的实施方式中，步骤S33中，所述润滑溶液为：异丙醇溶液；以润滑所述P型过渡金属硫族化合物膜层8与所述混合相过渡金属硫族化合物膜层4的接触面，提高转移成功率。

一种实施例中，步骤S4中，在所述过渡金属硫族化合物膜层5的表面形成所述电极层10，并对所述电极层10进行去胶，具体为：在所述P型过渡金属硫族化合物膜层8的表面形成所述电极层10；包括：

在所述P型过渡金属硫族化合物膜层8的表面旋涂光刻胶；

经电子束曝光光刻机(EBL)曝光显影后，以在所述过渡金属硫族化合物膜层5上形成电极区域；

利用电子束蒸发设备，在所述电极区域蒸发Ag薄膜；以在所述电极区域形成所述电极层10；如图10所示；其中，所述电极层10的厚度为10nm～90nm；

采用丙酮溶液，对所述电极层10进行去胶。

以下将结合图2-图10，通过实施例1对以上涉及的制作方法进行举例。

在实施例1中，步骤S1的过程可例如：

S11：在所述衬底1上形成所述栅电极层2，包括：

按上述方案对所述衬底1进行清洗后，并使用去离子水冲洗3次；其中，所述衬底1的厚度为0.4mm；

然后将所述衬底1放置于磁控溅射设备内的靶材位中心，其中，所述靶材为ITO陶瓷靶；尺寸为96mm×4mm；材料为In

利用高纯氩气和氧气混合气体对所述衬底1进行溅射镀膜，以在所述衬底1形成所述栅介质层2；其中，所述衬底1与所述栅电极层2构成第一叠层；如图2所示；其中，所述栅电极层2的厚度为300nm；

其中，对所述衬底1进行溅射镀膜时的工作气压为1.5Pa；溅射功率为80W；所述衬底1的温度为室温至275℃；沉积时间为3min；

S12：在所述栅电极层2上沉积介质材料，以形成所述介质层3，包括：

将所述第一叠层放入原子层沉积设备(ALD)反应腔内；以三甲基铝(TMA)和H

其中，所述介质层3的沉积速率为0.10nm/cycle；沉积温度为110℃。

在实施例1中，步骤S2的过程可例如：

使用14mg硫脲(CH

使用丙酮和酒精分别超声清洗所述第二叠层；并将所述反应物溶液旋涂至所述第二叠层的表面；其中，超声清洗的时间为5min；

将表面具有反应物溶液的所述第二叠层放在热板上，在70℃下对其进行烘烤，直到反应物溶液固化；

将表面有固化的反应物溶液的所述第二叠层放入脉冲激光诱导合成设备腔室中；再利用氟化氪激光直接照射表面有固化的反应物溶液的所述第二叠层的表面，以在所述第二叠层上形成所述混合相过渡金属硫族化合物膜层4；如图4所示；其中，所述混合相过渡金属硫族化合物膜层4的厚度为6nm。

其中，所述氟化氪激光照射时的激光能量为33mJ；脉冲数为2000；重复频率为7Hz；光斑大小为5mm×10mm。

在实施例1中，步骤S3的过程可例如：

S31：提供一临时衬底6；在所述临时衬底6上形成N型过渡金属硫族化合物膜层7，包括：

采用双温区管式炉分别控制硫源温区和钼源温区的温度，将盛有硫粉(S)的石英舟置于所述双温区管式炉的石英管通风口的上流低温区(即所述硫源温区)；其中，所述双温区管式炉的上流低温区的温度为200℃；所述硫粉的含量为200mg；

将所述临时衬底6倒扣在盛有MoO

向所述石英管中充入保护气体氩气(Ar)；加热所述石英管至450℃；其中，所述氩气的气流量为10sccm；

保持氩气的气流量不变，以3℃/min缓慢加热所述石英管至750℃；恒温保持5min后冷却至室温，以在所述临时衬底6上形成所述N型过渡金属硫族化合物膜层7；如图5所示；

其中，所述N型过渡金属硫族化合物膜层7的材料为N型2H相MoS

S32：对所述N型过渡金属硫族化合物膜层7进行P型掺杂；以形成所述P型过渡金属硫族化合物膜层8，包括：

将所述N型过渡金属硫族化合物膜层7放入密闭腔室中；并利用机械泵和分子泵先后对所述密闭腔室进行抽真空处理，直至所述密闭腔室内的真空度降低至8×10

对所述密闭腔室通入高纯度的氮气，调节气体流速为60sccm，并调节插板阀，使所述密闭腔室内的气压维持在5Pa左右；设置射频功率源的功率为10W；并调节射频源两电极之间的距离使其达到启辉条件；其中，所述射频功率源的频率为13MHz；

启辉之后，迅速降低射频源的功率到2.5W；并维持25S；以形成漏斗型的暗红色氮等离子体辉光；所述氮等离子体在所述密闭腔室内环形磁场和电场的共同作用下，注入到所述N型过渡金属硫族化合物膜层7中进行P型掺杂，以形成所述P型过渡金属硫族化合物膜层8；如图6所示；其中，所述P型过渡金属硫族化合物膜层8的厚度为0.65nm；

S33：分离所述P型过渡金属硫族化合物膜层8与所述临时衬底6；并将所述P型过渡金属硫族化合物膜层8键合于所述混合相过渡金属硫族化合物膜层4上，包括：

在所述P型过渡金属硫族化合物膜层8的表面旋涂光刻胶，并置于热板上以150℃烘干90s；以形成支撑层9；其中，所述光刻胶旋涂的厚度为300nm；所述光刻胶为PMMA；旋涂时间为30s；如图7所示；

利用4mol/LKOH溶液，刻蚀掉所述临时衬底6，以分离所述临时衬底6和所述P型过渡金属硫族化合物膜层8；如图8所示；

将所述P型过渡金属硫族化合物膜层8与所述支撑层9置于去离子水中进行清洗；将所述P型过渡金属硫族化合物膜层8远离所述支撑层9的一面键合于所述混合相过渡金属硫族化合物膜层4上；并滴入异丙醇溶液；

将键合后的所述P型过渡金属硫族化合物膜层8与所述混合相过渡金属硫族化合物膜层4置于室温下干燥8h以上；并在60℃下烘烤10min；以使得所述P型过渡金属硫族化合物膜层8与所述混合相过渡金属硫族化合物膜层4更为紧密的接触；如图9所示；

将转移后的所述P型过渡金属硫族化合物膜层8放置于丙酮中，并保持10h以上，以消除所述支撑层9。

在实施例1中，步骤S4的过程可例如：

在所述P型过渡金属硫族化合物膜层的表面旋涂4％PMMA光刻胶；并保持转速为2000r/min；旋转时间为70s；将所述P型过渡金属硫族化合物膜层8放置于加热板上，保持170℃烘烤3分30秒；其中，所述光刻胶的旋涂的厚度为450nm；

采用使电极区域位于P型过渡金属硫族化合物膜层8上表面的曝光版图；经电子束曝光光刻机(EBL)曝光显影后，将P型过渡金属硫族化合物膜层8泡于MIBK显影溶液中30s；再移至异丙醇溶液中浸泡80s；去离子水冲洗干净；再用氮气枪吹干；以在所述P型过渡金属硫族化合物膜层8的上表面形成电极区域；

利用电子束蒸发设备，在所述电极区域蒸发Ag薄膜，以形成所述电极层10；如图10所示；其中，所述电极层10的厚度为10nm；

利用丙酮溶液，将所述电极层10泡于丙酮溶液中20min；对所述电极层10进行去胶。

以下将结合图2-图10，通过实施例2对以上涉及的制备方法进行举例。

在实施例2中，步骤S1的过程可例如：

S11：在所述衬底1上形成所述栅电极层2，包括：

按上述方案对所述衬底1进行清洗后，并使用去离子水冲洗3次；其中，所述衬底1的厚度为0.5mm；

然后将所述衬底1放置于磁控溅射设备内的靶材位中心，其中，所述靶材为ITO陶瓷靶；尺寸为96mm×4mm；材料为In

利用高纯氩气和氧气混合气体对所述衬底1进行溅射镀膜，以在所述衬底1形成所述栅介质层2；其中，所述衬底1与所述栅电极层2构成第一叠层；如图2所示；其中，所述栅电极层2的厚度为340nm；

其中，对所述衬底1进行溅射镀膜时的工作气压为1.6Pa；溅射功率为115W；所述衬底1的温度为室温至275℃；沉积时间为3min；

S12：在所述栅电极层2上沉积介质材料，以形成所述介质层3，包括：将所述第一叠层放入原子层沉积设备(ALD)反应腔内；以三甲基铝(TMA)和H

其中，所述介质层3的沉积速率为0.11nm/cycle；沉积温度为135℃；；在实施例2中，步骤S2的过程可例如：

使用14mg硫脲(CH

使用丙酮和酒精分别超声清洗所述第二叠层；并将所述反应物溶液旋涂至所述第二叠层的表面；其中，超声清洗的时间为5min；

将表面具有反应物溶液的所述第二叠层放在热板上，在70℃下对其进行烘烤，直到反应物溶液固化；

将表面有固化的反应物溶液的所述第二叠层放入脉冲激光诱导合成设备腔室中；再利用氟化氪激光直接照射表面有固化的反应物溶液的所述第二叠层的表面，以在所述第二叠层上形成所述混合相过渡金属硫族化合物膜层4；如图4所示；其中，所述混合相过渡金属硫族化合物膜层4的厚度为6.5nm；

其中，所述氟化氪激光照射时的激光能量为32mJ；脉冲数为2000；重复频率为7Hz；光斑大小为5mm×10mm；

在实施例2中，步骤S3的过程可例如：

S31：提供一临时衬底6；在所述临时衬底6上形成N型过渡金属硫族化合物膜层7，包括：

采用双温区管式炉分别控制硫源温区和钼源温区的温度，将盛有硫粉(S)的石英舟置于所述双温区管式炉的石英管通风口的上流低温区(即所述硫源温区)；其中，所述双温区管式炉的上流低温区的温度为210℃；所述硫粉的含量为300mg；

将所述临时衬底6倒扣在盛有MoO

向所述石英管中充入保护气体氩气(Ar)；加热所述石英管至500℃；其中，所述氩气的气流量为30sccm；

保持氩气的气流量不变，以3.4℃/min缓慢加热所述石英管至760℃；恒温保持10min后冷却至室温，以在所述临时衬底6上形成所述N型过渡金属硫族化合物膜层7；如图5所示；

其中，所述N型过渡金属硫族化合物膜层7的材料为N型2H相MoS

S32：对所述N型过渡金属硫族化合物膜层7进行P型掺杂；以形成所述P型过渡金属硫族化合物膜层8，包括：

将所述N型过渡金属硫族化合物膜层7放入密闭腔室中；并利用机械泵和分子泵先后对所述密闭腔室进行抽真空处理，直至所述密闭腔室内的真空度降低至8×10

对所述密闭腔室通入高纯度的氮气，调节气体流速为62sccm，并调节插板阀，使所述密闭腔室内的气压维持在5.1Pa左右；设置射频功率源的功率为10W；并调节射频源两电极之间的距离使其达到启辉条件；其中，所述射频功率源的频率为13.2MHz；

启辉之后，迅速降低射频源的功率到2.6W；并维持28S；以形成漏斗型的暗红色氮等离子体辉光；所述氮等离子体在所述密闭腔室内环形磁场和电场的共同作用下，注入到所述N型过渡金属硫族化合物膜层7中进行P型掺杂，以形成所述P型过渡金属硫族化合物膜层8；如图6所示；其中，所述P型过渡金属硫族化合物膜层8的厚度为0.7nm；

S33：分离所述P型过渡金属硫族化合物膜层8与所述临时衬底6；并将所述P型过渡金属硫族化合物膜层8键合于所述混合相过渡金属硫族化合物膜层4上，包括：

在所述P型过渡金属硫族化合物膜层8的表面旋涂光刻胶，并置于热板上以150℃烘干90s；以形成支撑层9；其中，所述光刻胶旋涂的厚度为300nm；所述光刻胶为PMMA；旋涂时间为30s；如图7所示；

利用4mol/LKOH溶液，刻蚀掉所述临时衬底6，以分离所述临时衬底6和所述P型过渡金属硫族化合物膜层8；如图8所示；

将所述P型过渡金属硫族化合物膜层8与所述支撑层9放入去离子水中进行清洗；将所述P型过渡金属硫族化合物膜层8远离所述支撑层9的一面键合于所述混合相过渡金属硫族化合物膜层4上；并滴入异丙醇溶液，

将键合后的所述P型过渡金属硫族化合物膜层8与所述混合相过渡金属硫族化合物膜层4置于室温下干燥8h以上；并在60℃下烘烤10min；以使得所述P型过渡金属硫族化合物膜层8与所述混合相过渡金属硫族化合物膜层4更为紧密的接触；如图9所示；

将转移后的所述P型过渡金属硫族化合物膜层8放置于丙酮中，并保持10h以上，以消除所述支撑层9。

在实施例2中，步骤S4的过程可例如：

在所述P型过渡金属硫族化合物膜层8的表面旋涂4％PMMA光刻胶；并保持转速为2000r/min；旋转时间为70s后；将所述P型过渡金属硫族化合物膜层8放置于加热板上，保持170℃烘烤3分30秒；其中，所述光刻胶的旋涂的厚度为450nm；

采用使电极区域位于P型过渡金属硫族化合物膜层8上表面的曝光版图；经电子束曝光光刻机(EBL)曝光显影后，将P型过渡金属硫族化合物膜层8泡于MIBK显影溶液中30s；再移至异丙醇溶液中浸泡80s；去离子水冲洗干净；再用氮气枪吹干；以在所述P型过渡金属硫族化合物膜层8的上表面形成电极区域；

利用电子束蒸发设备，在所述电极区域蒸发Ag薄膜，以形成所述电极层10；如图10所示；其中，所述电极层10的厚度为20nm；

利用丙酮溶液，将所述电极层10泡于丙酮溶液中20min；对所述电极层10进行去胶。

针对于其他实施例，其制备步骤可参考以上实施例理解，各个实施例之间的区别可理解为是各个参数的区别选择，以下表格中可对各实施例的参数选择进行举例，其均不脱离前述实施例所涉及的制备方法的描述。

表1

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本发明提供的二维柔性光电气体传感器的制作方法，采用磁控离子掺杂的方法进行P型离子掺杂，以形成P型过渡金属硫族化合物膜层，提高了P型过渡金属硫族化合物膜层的迁移率，从而加快了P型过渡金属硫族化合物膜层上的电流的流速，使得P型过渡金属硫族化合物膜层在感应低浓度气体时，也能够产生电流变化，提升柔性光电气体传感器的响应特性。

另外，根据本发明的一实施例，提供了一种电子设备，包括前述实施例中任一项所述的二维柔性光电气体传感器。

最后，根据本发明的另一实施例，还提供了一种电子设备的制作方法，包括前述实施例中任一项所述的二维柔性光电气体传感器的制作方法。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。