本发明是基于掺杂效应引入电子态增强二维材料异质结光电子制备的日盲紫外探测器及制备方法，特别是关于一种基于掺杂效应引入电子态增强二维材料异质结日盲紫外探测器的制作方法。
背景技术：
1、目前元素掺杂是传统半导体中一种有效且广泛采用的调节载流子密度和载流子类型的方法。利用二维材料独特的层状结构，通过掺杂不同浓度过渡金属元素作为施主，以调节二维材料的导电性和光响应性能。随着掺杂浓度的变化，得到具有独特电子结构和优异光电器件性能，获得高灵敏度的日盲紫外探测性能，能应用于日盲紫外探测。近年来元素掺杂方法也被用于调节二维过渡金属硫化物(transition metal dichalcogenides,tmds)的载流子类型，从而获得p型特性的二维tmds。
2、cn202210843942.0公开一种具有石墨烯和极性j-tmd插入层的氧化镓日盲紫外探测器及其制备方法，主要解决现有技术光吸收率低、表面接触电阻过大的问题。方案为：自下而上依次包括衬底、第一氧化镓沟道层、石墨烯层、金属纳米结构层和第二氧化镓沟道层、二维层状材料界面修饰层和源电极、漏电极；其中源电极位于第二氧化镓沟道层上的一端，漏电极位于二维层状材料界面修饰层上与源电极相对的一端。以j-tmd层材料作为金属-氧化镓界面修饰层修饰氧化镓沟道层表面，并在氧化镓层中插入金属纳米颗粒修饰的高迁移率石墨烯材料。能够有效提高提高载流子迁移率和光吸收能力。
技术实现思路
1、本发明目的是，提出一种基于掺杂引入电子态材料日盲紫外探测器及制备方法；通过元素掺杂实现p型mxn的一个可行方案是用5个价电子和匹配的原子半径的y原子取代某些m原子(6个价电子)，形成yxm(1-x)xn的p-型半导体材料，新元素掺杂引入新内层电子轨道，获得新的电子态密度能够增强高能光子(日盲紫外)吸收。一种基于掺杂效应引入内层高能量电子轨道态密度的p-型二维层状tmds和n-型二维层状薄膜材料制作p-n结，并采用反射式底电极增强光吸收和光生载流子分裂效率的日盲紫外探测器。目前掺杂效应二维材料由于其较大的禁带宽度、相应快和稳定的物理化学性质，在日盲光电探测器件的开发方面有着巨大的发展潜力。
2、为了实现上述目的，本发明技术方案是：本发明提供一种基于掺杂引入电子态增强日盲紫外探测器，用元素掺杂方法，用于调节载流子密度和载流子类型，制备含掺杂的p-型二维材料(半导体薄膜)：是基于yxm(1-x)xn化学式的二维材料(y表示用于掺杂的过渡金属，包含ta、nb、cr等过渡金属，m表示w、mo、re、zr、mn、ti等第四周期和第五周期过渡金属，x表示s、se、te等硫族元素)；使用上述的p-型半导体薄膜材料构建一种掺杂效应的二维层状薄膜材料异质结日盲紫外探测器，所述的光电探测器包括在衬底上设有自下到上的结构：衬底绝缘层2，所述绝缘层包括硅、二氧化硅、三氧化二铝、pmma、pi等柔性绝缘衬底；底面反射电极层3，所述电极层置于所述衬底绝缘层上；n-型二维层状薄膜材料薄膜5，基于上述方案所制备的p-型二维层状薄膜材料薄膜层6叠放在上述n-型二维层状薄膜材料薄膜层5上，整个异质结器件层置于所述底电极层上，其中异质结结区与底面反射电极层重合且紧密接触；顶电极层4，所述顶电极层设置在所述p-n结上方p-型二维材料的一侧或一周；顶栅透明电极层7，所述的石墨烯透明顶栅电极设置在p-n结正上方，包含ito、石墨烯等。n-型二维层状薄膜半导体材料包含in2se3、mose2、pdse2等过渡金属硒化物或过渡金属硫族化合物。
3、通过元素掺杂实现p型m(1-x)xn的一个可行方案是用5个价电子和匹配的原子半径的y原子取代某些m原子(6个价电子)，形成yxm(1-x)xn的p-型二维半导体材料，基于掺杂效应引入电子态的p-型二维层状薄膜材料的单晶和n-型二维层状薄膜材料反射式底电极p-n结宽谱异质结日盲紫外探测器，实现高灵敏度、较大禁带宽度。
4、通过元素掺杂方法被用于调节二维过渡金属硫化物(transition metaldichalcogenides,tmds)的载流子类型，从而获得p型特性的二维tmds。通过元素掺杂实现p型mxn的一个可行方案是用5个价电子和匹配的原子半径的y原子取代某些m原子(6个价电子)，形成yxm(1-x)xn的p-型半导体材料，新元素掺杂引入新内层电子轨道，获得新的电子态密度能够增强高能光子(日盲紫外)吸收。基于掺杂效应引入内层高能量电子轨道态密度的p-型二维层状tmds和n-型二维层状薄膜材料制作p-n结，并采用反射式底电极增强光吸收和光生载流子分裂效率的日盲紫外探测器。利用二维材料独特的层状结构，通过掺杂不同浓度过渡金属元素作为施主，以调节二维材料的导电性和光响应性能。随着掺杂浓度的变化，得到具有独特电子结构和优异光电器件性能，获得高灵敏日盲紫外探测性能，能应用于日盲紫外探测。
5、采用金属底电极作为反射镜面增强紫外光吸收和快速光电流收集，反射式底电极p-n结器件包含：p-型含掺杂效应的二维层状半导体层，用yxm(1-x)xn化学式表示：y表示用于掺杂的过渡金属，包含ta、nb、cr等过渡金属，m表示w、mo、re、zr、mn、ti等第四周期和第五周期过渡金属，x表示s、se、te等硫族元素；n-型层状半导体层，例如in2se3、mose2、pdse2等过渡金属硒化物或者过渡金属硫族化合物的n-型层状半导体材料。所述异质结置于一个高光反射的金属电极层上，包括底电极层及顶电极层和顶层绝缘介质层，其中异质结结区置于底电极反射面金属上。所述的异质结器件放置在绝缘衬底，包含硅衬底、二氧化硅衬底等其他柔性绝缘衬底上。透明顶栅电极材料采用ito层或其他透明材料。
6、在实施例中，包含底面反射电极层并使之位于异质结结区正下方；
7、在实施例中，所述衬底绝缘层为硅、二氧化硅、三氧化二铝、pmma、pi等柔性绝缘衬底。
8、在实施例中，所述衬底绝缘层的厚度为400nm。
9、在实施例中，所述顶电极层由4nm厚的钛及45nm厚的金组成。
10、在实施例中，所述底面反射电极层由4nm厚的钛及45nm厚的金组成。
11、在实施例中，所述顶栅透明电极包含ito、石墨烯等透明材料。
12、在实施例中，所述半导体二维层状薄膜材料薄膜层为含掺杂效应的二维半导体材料例如yxm(1-x)xn化合物(其中y表示用于掺杂的过渡金属，包含ta、nb、cr等过渡金属，m表示w、mo、re、zr、mn、ti等第四周期和第五周期过渡金属，x表示s、se、te等硫族元素)和in2se3、mose2、pdse2等过渡金属硒化物或过渡金属硫族化合物。
13、本发明通过元素掺杂实现p型mxn的一个可行方案是用5个价电子和匹配的原子半径的y原子取代某些m原子(6个价电子)，形成yxm(1-x)xn的p-型半导体材料，新元素掺杂引入新内层电子轨道，获得新的电子态密度能够增强高能光子(日盲紫外)吸收。
14、基于掺杂效应引入内层高能量电子轨道态密度的p-型二维层状tmds和n-型二维层状薄膜材料制作p-n结，并采用反射式底电极增强光吸收和光生载流子分裂效率的日盲紫外探测器。利用二维材料独特的层状结构，通过掺杂不同浓度过渡金属元素作为施主，以调节二维材料的导电性和光响应性能。随着掺杂浓度的变化，得到具有独特电子结构和优异光电器件性能，获得高灵敏日盲紫外探测性能，能应用于日盲紫外探测。
15、实施例中已有钽掺杂的硒化钨作为一种典型超宽禁带半导体材料，具有较高的热稳定性、化学稳定性和平均透过率等特点，优异的物理化学性能使其在电力电子器件和日盲紫外探测器方面具有广泛的应用前景。
16、有益效果：本发明是基于掺杂效应引入电子态增强二维材料日盲紫外探测器的方法不同于传统增强紫外探测器性能方法。首先，本发明的探测器中通过掺杂效应引入电子态使得二维半导体材料对深紫外具有更高吸收率，具有超高信噪比，相应时间更短，识别能力更强，探测灵敏度更高；第二，本发明是基于异质结结构的器件，拥有更低电学噪声、更高的光响应度和更高的响应灵敏度。最后，通过掺杂引入电子态的二维层状薄膜材料异质结可以有效抑制暗电流以实现高信噪比和微弱光探测，具有较高的热稳定性、化学稳定性和平均吸收率等特点，实例器件性能图2所示。本发明与现有技术相比，通过新元素掺杂引入新内层电子轨道，获得新的电子态密度能够增强高能光子(日盲紫外)吸收。本发明的紫外探测器具有高灵敏度、响应快、稳定性好等优点，并且制作方法简单。
1.基于掺杂引入电子态材料制备日盲紫外探测器的方法，其特征是，掺杂的p-型二维材料(半导体薄膜)与n-型二维层状薄膜半导体材料制备异质结，n-型二维层状薄膜半导体材料包含in2se3、mose2、pdse2过渡金属硒化物或过渡金属硫族化合物；p-型二维材料是基于yxm(1-x)xn化学式的二维材料，y表示用于掺杂的过渡金属，包含ta、nb、cr等过渡金属，m表示w、mo、re、zr、mn、ti等第四周期和第五周期过渡金属，x表示s、se、te等硫族元素；光电探测器包括在衬底上设有自下到上的结构：衬底绝缘层，所述绝缘层包括硅、二氧化硅、三氧化二铝、pmma、pi柔性绝缘衬底；底面反射电极层，所述电极层置于所述衬底绝缘层上；n-型二维层状薄膜材料薄膜与p-型二维层状薄膜材料薄膜层叠放在上述n-型二维层状薄膜材料薄膜层上成为p-n异质结，整个异质结器件层置于所述底电极层上，其中异质结结区与底面反射电极层重合且紧密接触；顶电极层，所述顶电极层设置在所述p-n结上方p-型二维材料的一侧或一周；顶栅透明电极，所述的顶栅透明电极设置在p-n结正上方，包含ito、石墨烯。
2.根据权利要求1所述的基于掺杂引入电子态材料制备日盲紫外探测器的方法，其特征是，基于掺杂效应引入电子态的p-型二维层状薄膜材料的单晶和n-型二维层状薄膜材料反射式底电极p-n结宽谱异质结日盲紫外探测器；含通过元素掺杂实现p型mxn，用5个价电子和匹配的原子半径的y原子取代某些m原子(6个价电子)，形成yxm(1-x)xn的p-型半导体材料，新元素掺杂引入新内层电子轨道，获得新的电子态密度能够增强高能光子(日盲紫外)吸收。
3.根据权利要求1所述的基于掺杂引入电子态材料制备日盲紫外探测器的方法，其特征是，二维半导体材料yxm(1-x)xn为ta掺杂wse2大块单晶：ta、w和se粉末以ta：w：se＝x：1-x：2(x＝0、0.005、0.01、0.02)原子比化学计量混合；将粉末混合物压在片剂中，在真空下密封在石英管中，然后在双区炉中进行为期两周的热处理，石英管的源区和生长区分别保持在980℃和850℃；然后，在5小时内将炉膛冷却至室温；在石英管的冷端可以发现产生的单晶。
4.根据权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，包含底面反射电极层并使之位于异质结结区正下方。
5.根据权利要求1至4所述的方法，其特征在于，所述衬底绝缘层为硅、二氧化硅、三氧化二铝、pmma和pi柔性绝缘衬底。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述衬底绝缘层的厚度为400nm。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述顶电极层由4nm厚的钛及45nm厚的金组成。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述底面反射电极层由4nm厚的钛及45nm厚的金组成。
