(19)国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202210712431.5
(22)申请日 2022.06.22
(71)申请人 南京航空航天大学
地址 210016 江苏省南京市秦淮区御道街
29号
(72)发明人 阚彩侠 万鹏 姜明明 魏筠
中子嬗变
许统 刘洋
(74)专利代理机构 南京瑞弘专利商标事务所
(普通合伙) 32249
专利代理师 秦秋星
(51)Int.Cl.
H01L 31/032(2006.01)
H01L 31/0352(2006.01)
H01L 31/09(2006.01)
H01L 31/18(2006.01)
C23C 16/30(2006.01)G01J 1/42(2006.01)
(54)发明名称基于硒化锑微米带的多面近红外偏振探测器及制备方法(57)摘要本发明公开了一种基于硒化锑微米带的多面近红外偏振探测器及制备方法。探测器的结构包括：绝缘衬底、硒化锑微米带、MXene电极。首先通过化学气相沉积的方法生长出高结晶质量的硒化锑微米带，将硒化锑微米带转移至绝缘衬底，在微米带两端制备MXene电极。硒化锑微米带的宽面和窄面均可作为探测偏振光的窗口， 实现基于硒化锑微米带的多面近红外偏振探测器结构。由于硒化锑材料带隙较窄，该器件可在偏置电压的条件下实现近红外波段的光探测功能。利用硒化锑微米带几何形态和材料本身三个维度的各向异性实现了器件多面对偏振光的响应，为实现稳定且多面的近红外偏振探测器的设计与
制备提供了可行的方案。权利要求书1页 说明书4页 附图2页CN 115117188 A 2022.09.27
C N 115117188
A
水表箱
1.一种基于硒化锑微米带的多面近红外偏振探测器，包括绝缘衬底，其特征在于：绝缘衬底上依次是硒化锑微米带和微米带两端的电极，硒化锑微米带通过化学气相沉积方法制备而成。
2.根据权利要求1所述的基于硒化锑微米带的多面近红外偏振探测器，其特征在于：所述绝缘衬底为石英衬底或玻璃衬底。
3.根据权利要求1所述的基于硒化锑微米带的多面近红外偏振探测器，其特征在于：硒化锑微米带的长度为5～15毫米，宽度为80～150微米，高度为30～50微米。
4.根据权利要求1所述的基于硒化锑微米带的多面近红外偏振探测器，其特征在于：电极为MXene电极，MXene电极间的距离为3～12毫米。
5.基于硒化锑微米带的多面近红外偏振探测器的制备方法，其特征在于是按照下述步骤进行的：
(1)清洗透明的绝缘衬底；
(2)通过化学气相沉积方法制备硒化锑微米带；
空调线束(3)将硒化锑微米带转移至透明绝缘衬底上，然后硒化锑微米带两端分别滴上MXene溶液，MXene溶液能够将硒化锑微米带包裹，然后将其放置在烘箱中干燥，形成MXene电极。
6.根据权利要求5所述的一种基于硒化锑微米带的多面近红外偏振探测器的制备方法，其特征在于：步骤(2)中化学气相沉积方法如下：先将锑粉末和硒粉末充分研磨；将锑粉末放入刚玉舟中，在刚玉舟上放置硅衬底，硅衬底的抛光面朝下，然后放置在单温区管式炉内；将硒粉末放入另一个刚玉舟中，硒粉末与锑粉末的化学计量比为3:2；将载有硒粉末的刚玉舟放置在锑粉末上游位置；在反应过程中，生长温度保持在600℃，生长时间为30分钟，使用氩气体作为保护气体；生长结束后，管式炉自然冷却；在硅衬底上合成了硒化锑微米带。
7.根据权利要求5所述的基于硒化锑微米带的多面近红外偏振探测器的制备方法，其特征在于：MXene溶液为Ti 3C 2T x ，浓度为5mg mL ‑1。
8.根据权利要求5所述的基于硒化锑微米带的多面近红外偏振探测器的制备方法，其特征在于：步骤(3)
中烘干处理的温度为40～60℃，烘干时间为10～30分钟。
权 利 要 求 书1/1页CN 115117188 A
基于硒化锑微米带的多面近红外偏振探测器及制备方法
技术领域
[0001]本发明属于半导体光电器件技术领域，具体涉及硒化锑微米带的制备及基于微米带的多面近红外偏振探测器的构筑。
背景技术
[0002]半导体光电探测器是半导体技术的核心部件之一，在光电领域中有着不可替代的作用。其中，偏振敏感型的光电探测器在光成像、光通信、人脸识别、智能导航等许多领域都具有重要而广泛的应用。通常，偏振敏感型的光探测器主要基于各向异性的材料而制备。由于二维材料的各向异性大，目前近红外波段的硒化锑偏振光探测器主要基于二维材料或者纳米片而制备(如：Huaibing Song,Tiaoyang Li,Jia Zhang,Ying Zhou,Jiajun Luo,Chao Chen,Bo Yang,Cong Ge,Yanqing Wu,and Jiang Tang,Adv.Mater.2017,1700441；Mei Zhao,Jianwei Su,Yang Zhao,Peng Luo,Fakun Wang,Wei Han,Yuan Li,Xiaotao Zu, Liang Qiao and Tianyou Zhai，Adv.Funct.Mater.2020,30,1909849)。尽管这
些方法能够实现近红外波段的偏振探测，但是二维材料或者纳米片只有一个探测面，只能进行面内偏振光探测，且其制备工艺和转移技术相对复杂；硒化锑纳米线也具有红外偏振特性(Zongpeng Ma,Shouning Chai,Qingliang Feng,Liang Li,Xiaobo Li,Lingli Huang, Dongyan Liu,Jie Sun,Ruibin Jiang,Tianyou Zhai,and Hua Xu，Small 2019,1805307；Songqing Zhang,Han Wang,Maxwell Merle Kirchner,Junliang Liu,Huijia Luo, Yongling Ren,Cailei Yuan,Haroldo Takashi Hattori,Andrey E.Miroshnichenko,and Wen Lei，Adv.Mater.Interfaces 2022,2200448)，但由于纳米线的尺寸太小，多面探测器件构筑难以实现。
[0003]到目前为止，已报道的偏振光探测器均为面内的光偏振探测器，尚未有报道利用纳米和微米量级尺寸的材料实现多面的偏振光探测器。因此，从面向未来多功能、可集成化微纳器件的角度考虑，制备可以实现多面的偏振光探测器无疑具有重要的科学意义和研究价值。
[0004]我们通过化学气相沉积方法，调控生长参数，生长出硒化锑微米带。截面为四边形的微米带宽面和窄面均可以作为光照面，进而实现多面的光探测。同时，由于硒化锑材料本身三个维度都具有各向异性，进一步实现多面的近红外偏振探测器。
发明内容
[0005]本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种基于硒化锑微米带的多面近红外偏振探
测器及制备方法，并制备出稳定、多面的近红外偏振探测器。
[0006]具体技术方案如下：
[0007]为实现上述目的，本发明所述基于硒化锑微米带的多面近红外偏振探测器，包括绝缘衬底，绝缘衬底上依次设有硒化锑微米带和微米带两端的MXene电极，本发明的技术方案包括以下步骤：
[0008](1)对透明绝缘衬底进行清洗，保证绝缘衬底干净；
[0009](2)通过化学气相沉积的方法生长出硒化锑微米带；
[0010](3)将硒化锑微米带转移到绝缘衬底上，其中较宽面与绝缘衬底贴合；
[0011](4)在硒化锑微米带两端分别滴涂MXene溶液；
[0012](5)把步骤(4)中制备好的样品，放置在烘箱中烘干。
[0013](6)在步骤(5)制备出的器件电极两端施加偏置电压。硒化锑微米带宽面和窄面均可作为探测器的光照面。所制备的器件可实现多面的近红外光偏振探测。
[0014]步骤(1)所述绝缘衬底清洗的方法：把绝缘衬底分别放入三氯乙烯溶液中、放入超声清洗机中，
进行清洗10分钟；从三氯乙烯溶液中取出绝缘衬底，利用同样的方法，把绝缘衬底分别放入丙酮和去离子水超声清洗各10分钟，把绝缘衬底放入烘箱中烘干30个分钟之后，用氮气吹干。
[0015]步骤(2)所述化学气相沉积的方法生长出硒化锑微米带：先将高纯锑粉末(纯度99.99％)和硒粉末(纯度99.99％)分别充分研磨；将锑粉末放入刚玉舟中，在刚玉舟上放置洁净的硅衬底，硅衬底的抛光面朝下，然后放置在单温区管式炉的中心区域。将硒粉末放入另一个刚玉舟中，放置在锑粉末上游位置，距离为10厘米，硒粉末与锑粉末的化学计量比为3:2。使用氩气体(150sccm,99.999％)作为保护气体，炉温保持在600℃，保温30分钟生长材料，之后，管式炉自然冷却。在硅衬底上得到截面为四方形的高结晶质量的硒化锑微米带。硒化锑微米带的长度为5～15毫米，宽面尺寸80～150微米，窄面尺寸30～50微米。[0016]步骤(3)所述硒化锑微米带转移到绝缘衬底的制作：用镊子从硅衬底上取出一根截面为四边形的硒化锑微米带水平放置在石英衬底上，在光学显微镜下操作硒化锑微米带，保证硒化锑微米带较宽面的和石英衬底贴合。
[0017]步骤(4)所述将步骤(3)中硒化锑微米带两端分别滴涂MXene溶液。其中MXene溶液
为Ti
3C
2
T
x
，浓度为5mg mL‑1。
[0018]步骤(5)所述将步骤(4)中得到的样品放入烘箱烘干，烘干处理的温度为40～60℃，烘干时间为10～30分钟，即可得到基于硒化锑微米带的探测器件。器件的结构示意图如1所示，其中较宽面为硒化锑微米带的上表面，记为探测器的S1面；较窄面为硒化锑微米带的侧表面，记为探测器的S2面。
[0019]步骤(6)所述将硒化锑微米带的探测器件两端的MXene电极上施加偏置电压。硒化锑微米带的探测器件在近红外波段表现出光响应，可以实现近红外波段的光探测。并且探测器的S1面和S2面均表现为偏振敏感性，可以实现多面的近红外偏振探测器。
[0020]本发明的有益效果为：(1)利用化学气相沉积法生长出硒化锑微米带；(2)基于硒化锑微米带本身三个维度的各向异性和多面性，实现了多面的近红外偏振探测器。
附图说明
[0021]图1为本发明基于硒化锑微米带的多面近红外偏振探测器的示意图(a)俯视图；
(b)侧视图。(1.绝缘衬底，2.硒化锑微米带，3.MXene电极，其中硒化锑微米带的宽面标记为S1，窄面标记为S2)。
[0022]图2为本发明实施例1中单根硒化锑微米带的扫描电镜图(微米带的宽度大约100微米，高度大约20‑40微米)。
[0023]图3为本发明实施例1中基于单根硒化锑微米带的探测器在不同波段和不同电压下的响应度曲线。
[0024]图4为本发明实施例1中当硒化锑微米带的S1面(上表面)为接受光照面时，器件随入射光偏振角度变化的光电流曲线。从图中可以看出器件的光电流随入射光偏振角度变化具有明显的依赖性，并且当入射光偏振平行于微米带长轴的方向上时器件表现出光电流最大值。
[0025]图5为本发明实施例1中当硒化锑微米带的S2面(侧表面)为接受光照面时，器件随入射光偏振角度变化的光电流曲线。从图中可以看出器件的光电流随入射光偏振角度变化具有明显的依赖性，并且入射光偏振垂直于微米带长轴的方向上时器件表现出光电流最大值。
具体实施方式
[0026]下面结合实施例和附图对本发明作进一步的阐述。
[0027]实施例1：过敏性鼻炎仪
[0028]第一步：将石英衬底切割成尺寸：宽度3.0cm，高度1.0cm，硅衬底切割成尺寸：宽度1.0cm，高度1.0cm，然后对石英衬底和硅衬底依次分别放入三氯乙烯溶液、丙酮溶液、去离子水超声清洗10分钟，之后放入烘箱烘干，30分钟取出，用氮气吹干。
[0029]第二步：利用化学气相沉积的方法生长硒化锑微米带：将高纯锑粉末和硒粉末用玛瑙研钵分别研磨2个小时；用小勺取锑粉末放入刚玉舟中，在刚玉舟上放置硅衬底，硅衬底的抛光面朝下，然后将刚玉舟放置在单温区管式炉的中心区域。按照硒粉末与锑粉末的化学计量比为3:2，用小勺将硒粉末放入另一个刚玉舟中。将载有硒粉末的刚玉舟放置距离锑粉末10厘米处。然后在载有硒粉末的刚玉舟这一端通入氩气体(150sccm)作为保护气体。将管式炉升温至600℃，并保持该温度不变，保温30分钟生长材料，之后，管式炉自然冷却。便在在硅衬底上合成了高结晶质量的硒化锑微米带。硒化锑微米带的长度为5～15毫米，选取其中一根硒化锑微米带，扫描电镜观察形貌，如图2所示。从图可以看出硒化锑微米带有较宽的上表面，宽度80～150微米；也有较窄侧表面，高度30～50微米。
[0030]第三步：用镊子从硅衬底上取出一根硒化锑微米带水平放置在石英衬底上，在光学显微镜下操作硒化锑微米带，保证硒化锑微米带较宽的面和石英衬底贴合。
[0031]第四步：将步骤三中得到硒化锑微米带两端分别滴上MXene溶液。其中MXene溶液
为Ti
废塑料炼油
微型电风扇3C
2
T
x
，浓度为5mg mL‑1。
[0032]第五步：将步骤四中得到样品放入烘箱烘干，烘干处理的温度为40℃，烘干时间为30分钟。即可得到基于硒化锑微米带的探测器件。
[0033]第六步：在器件两端的MXene电极上施加2V，5V，10V的偏压，然后对硒化锑微米带的探测器件进行了光响应测试。如图3所示，硒化锑微米带表现出近红外光响应，可以实现近红外光探测。
[0034]第七步：对器件上表面(S1面)进行近红外偏振光响应测试。如图4所示，器件的光电流对入射光偏振角度变化具有明显的依赖性，并且当入射光偏振平行于微米带长轴的方向上时器件表现出光电流最大值。
[0035]第八步：对器件侧表面(S2面)进行近红外偏振光光响应测试。如图5所示，器件的
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