一种能带可调的柔性光电探测器

1.本发明属于二维半导体探测器件领域，更具体地，涉及一种能带可调的柔性光电探测器。


背景技术：

2.随着科学技术日新月异的发展，人们对便携化、娱乐化、健康化的可穿戴式电子设备不断追求，促使其相应的柔性传感器件向着高效、低成本、大面积制造等方向发展。近些年，为了实现光电探测器的便携化和可移植化，柔性光电探测器的设计与制备受到了研究人员的广泛关注。柔性光探技术的快速发展对可探索的光波段要求越来越多样化。柔性光电探测器在紫外、可见光、近红外等窄带区域光响应和宽带光响应方面也正在得到广泛的研究和突破。
3.目前基于无机材料与有机衬底相结合的多光谱光电探测器技术取得了重大进展，充分利用了无机材料的高性能和有机材料的机械柔韧性。采用宽带隙的氧化锌(zno)、铟镓锌氧化物(ingazno，igzo)和氧化镓(ga2o3)的柔性紫外光电探测器展示了良好的光响应性能和柔韧性。无机半导体纳米线(nw)和石墨烯、过渡金属二卤化物(tmdc)等2d材料也被应用于柔性光电探测器中。tmdc、igzo和硅(si)基材料已经实现了宽带光探测，但是上述材料是通过利用不同的超结构(superstructure)或纳米结构进行表面“装饰”来增强对宽带光的吸收。


技术实现要素：

4.本发明提供一种能带可调的柔性光电探测器，通过探测器弯曲提供应力变化，来增大探测光的带宽。
5.为了实现上述目的，本发明技术方案是，如附图1所示，一种能带可调的柔性光电探测器，包含柔性绝缘衬底1；
6.设置于柔性绝缘衬底1上的底面反射电极层2；
7.依次设置于反射电极层2上的n型gan层3，p型gan层4单层，二维gdclbr层5和金属上电极层6，其中金属上电极层6设置于p型gan层5的边缘。
8.所述单层二维gdclbr层为六角晶系，每个gd原子都与三个x(x＝cl、br)原子成键，而一个x(x＝cl、br)原子则与三个gd原子成键，每一个原胞中gd原子和同种卤素原子之间的键长都是相同，其中，gd原子与br原子键长为gd原子与cl原子之间的键长为gd-br-gd的键角为81.96
°
，gd-br-gd间的键角为86.59
°
。
9.所述单层二维gdclbr层，属于间接带隙半导体，间接带隙大小为0.93ev。
10.所述单层二维gdclbr层，弹性常数为：c
11
＝c
12
＝44.05n/m，c
12
＝13.17n/m，
11.c
66
＝15.44n/m，所述弹性常数由vasp中stress-strain法计算得到，证明了单层二维gdclbr层具有机械稳定性和力学柔韧性。
12.所述单层二维gdclbr层，在应力下带隙发生变化，分别实现了对红外和紫外波段
的响应。
13.优选地，所述柔性绝缘衬底为pet或pmma(聚甲基丙烯酸甲酯)、pdms(聚二甲基硅氧烷)、pva(聚醋酸乙烯酯)。
14.优选地，所述底面反射电极层为的材料为金或铂，厚度为100nm-300nm。
15.优选地，所述n型gan层的厚度为300nm-500nm，所述n型gan层的n型掺杂浓度为1
×
10
19
cm-3
～5
×
10
19
cm-3
。
16.优选地，所述p型gan层的厚度为300nm-500nm，所述p型gan层的p型掺杂浓度为1
×
10
19
cm-3
～5
×
10
19
cm-3
。
17.优选地，所述单层二维gdclbr的带隙可以通过应力改变，所述柔性光电探测器通过弯曲，对所述单层二维gdclbr施加应力的范围在
±
5％之间，所述柔性光电探测器的中间高度低于边缘为-，所述柔性光电探测器的中间高度高于边缘为+，所述单层二维gdclbr的带隙变化范围为0.93ev到1.72ev，且一直为间接带隙半导体。
18.通过上述描述可知，在本发明提供的能带可调的柔性光电探测器，gan具有宽禁带性能，可对紫外波段进行吸收，单层二维gdclbr可以对红外波段的光进行探测，此外柔性光电探测器通过弯曲能够改变单层二维gdclbr的带隙，增大了红外波段的探测范围。
附图说明
19.图1为本发明的能带可调的柔性光电探测器结构图；
20.图2为无应力下的单层二维gdclbr的能带图；
21.图3为-1％到-5％双轴压缩应变下gdclbr单层的能带图；
22.图4为+1％到+5％双轴压缩应变下gdclbr单层的能带图；
具体实施方式
23.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。
24.请参考图1，在一种具体实施方式中，本发明具体实施例提供一种能带可调的柔性光电探测器，包含依次设置于pet柔性绝缘衬底1上的底面反射电极层2、n型gan层3，p型gan层4，单层二维gdclbr层5和金属上电极层6，其中金属上电极层6设置于p型gan层5的边缘。所述单层二维gdclbr层为六角晶系，带隙大小为0.93ev。所述底面反射电极层为的材料为金，厚度为100nm。所述n型gan层的厚度为500nm，n型掺杂浓度为1
×
10
19
cm-3
。所述p型gan层的厚度为300nm，所述p型gan层的p型掺杂浓度为5
×
10
19
cm-3
。
25.上述柔性光电探测器通过弯曲能够改变单层二维gdclbr的带隙，对所述单层二维gdclbr施加应力的范围在
±
5％之间，所述柔性光电探测器的中间高度低于边缘为-，所述柔性光电探测器的中间高度高于边缘为+，所述单层二维gdclbr的带隙变化如图3-图4所示。
26.柔性光电探测器工作时，光信号通过光学系统照射到单层二维gdclbr的带隙和p型gan层单层叠层上，结合单层二维gdclbr的红外吸收特性和gan层紫外吸收特性，可以同
时对紫外和红外波段的光进行探测。
27.通过上述描述可知，在本发明所提供的柔性光电探测器中，gan具有宽禁带性能，可对紫外波段进行吸收，单层二维gdclbr可以对红外波段的光进行探测，因此，本申请提供的柔性光电探测器实现同时对红外和紫外波段的光进行探测。此外，通过弯曲本发明所提供的柔性光电探测器，在红外波段，基于未弯曲的柔性光电探测器，其波长探测范围由中红外变为近红外。


技术特征：
1.一种能带可调的柔性光电探测器，包含柔性绝缘衬底1；设置于柔性绝缘衬底1上的底面反射电极层2；依次设置于反射电极层2上的n型gan层3，p型gan层4单层，二维gdclbr层5和金属上电极层6，其中金属上电极层6设置于p型gan层5的边缘；所述单层二维gdclbr层为六角晶系，每个gd原子都与三个cl或br原子成键，而一个cl或br原子则与三个gd原子成键，每一个原胞中gd原子和同种卤素原子之间的键长都是相同，其中，gd原子与br原子键长为gd原子与cl原子之间的键长为gd-br-gd的键角为81.96
°
，gd-br-gd间的键角为86.59
°
。2.根据权利要求1所述的一种能带可调的柔性光电探测器，其特征在于，所述单层二维gdclbr层，属于间接带隙半导体，间接带隙大小为0.93ev。3.根据权利要求1所述的一种能带可调的柔性光电探测器，其特征在于，所述单层二维gdclbr层，弹性常数为：c
11
＝c
22
＝44.05n/m,c
12
＝13.17n/m，c
66
＝15.44n/m，所述弹性常数由vasp中stress-strain法计算得到。4.根据权利要求1所述的一种能带可调的柔性光电探测器，其特征在于，所述单层二维gdclbr层，属于间接带隙半导体，间接带隙大小为0.93ev。5.根据权利要求1所述的一种能带可调的柔性光电探测器，其特征在于，所述柔性绝缘衬底为pet或pmma、pdms、pva。6.根据权利要求1所述的一种能带可调的柔性光电探测器，其特征在于，所述底面反射电极层为的材料为金或铂，厚度为100nm-300nm。7.根据权利要求1所述的一种能带可调的柔性光电探测器，其特征在于，所述底面反射电极层为的材料为金或铂，厚度为100nm-300nm。8.根据权利要求1所述的一种能带可调的柔性光电探测器，其特征在于，所述n型gan层的厚度为300nm-500nm，所述n型gan层的n型掺杂浓度为1
×
10
19
cm-3
～5
×
10
19
cm-3
。9.根据权利要求1所述的一种能带可调的柔性光电探测器，其特征在于，所述p型gan层的厚度为300nm-500nm，所述p型gan层的p型掺杂浓度为1
×
10
19
cm-3
～5
×
10
19
cm-3
。10.根据权利要求1所述的一种能带可调的柔性光电探测器，其特征在于，所述柔性光电探测器通过弯曲，对所述单层二维gdclbr施加应力的范围在
±
5％之间，所述柔性光电探测器的中间高度低于边缘为-，所述柔性光电探测器的中间高度高于边缘为+，所述单层二维gdclbr的带隙变化范围为0.93ev到1.72ev，且一直为间接带隙半导体。

技术总结
一种能带可调的柔性光电探测器，包含依次设置于柔性绝缘衬底上的底面反射电极层、N型GAN层，P型GAN层，单层二维GdClBr层和金属上电极层，其中金属上电极层设置于P型GAN层的边缘。GaN具有宽禁带性能，可对紫外波段进行吸收，单层二维GdClBr可以对红外波段的光进行探测，通过弯曲能够改变单层二维GdClBr的带隙，增大了红外波段的探测范围。增大了红外波段的探测范围。增大了红外波段的探测范围。


技术研发人员：张云庚 王冰 王希波
受保护的技术使用者：河南大学
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/8/28