技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于光電技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種增強(qiáng)二維過渡金屬硫化物光吸收的結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：
：

二維過渡金屬硫化物的化學(xué)式是mx2，m是指過渡金屬元素(例如：鉬、鎢、鈮、錸、鈦)，x是指硫族元素(例如：硫、硒、碲)。通常，單層過渡金屬硫化物呈現(xiàn)一種x-m-x的三明治結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)層間的范德瓦爾斯力很弱，但是平面內(nèi)有很堅(jiān)固的共價(jià)鍵。因此，塊狀過渡金屬硫化物可以被剝離成單層或者多層的納米片層應(yīng)用于各種器件。

近幾年來，二維過渡金屬硫化物由于其獨(dú)特的電學(xué)和光學(xué)性能，引起了眾多科學(xué)家的廣泛關(guān)注。當(dāng)二維過渡金屬硫化物從多層轉(zhuǎn)變成單層時(shí)，其能帶結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變化，由間接帶隙轉(zhuǎn)變成直接帶隙，并且發(fā)生了谷間自旋耦合。這些奇特的電學(xué)和光學(xué)特性推動(dòng)了其在晶體管、傳感器和光電器件等方面的應(yīng)用。然而，由于其超薄的材料特性，二維過渡金屬硫化物對光的吸收較低，這限制了它在太陽能量轉(zhuǎn)化裝置和光電探測器等高性能光電器件中的應(yīng)用。

本發(fā)明涉及的一種增強(qiáng)二維過渡金屬硫化物光吸收的結(jié)構(gòu)，能夠顯著增強(qiáng)二維過渡金屬硫化物的光吸收。將本發(fā)明結(jié)構(gòu)與光電器件相結(jié)合，有望提高二維過渡金屬硫化物光電器件的性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種增強(qiáng)二維過渡金屬硫化物光吸收的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能夠有效地增強(qiáng)二維過渡金屬硫化物對光的吸收。

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種增強(qiáng)二維過渡金屬硫化物光吸收的結(jié)構(gòu)，所述增強(qiáng)光吸收結(jié)構(gòu)包括襯底，分布式布拉格反射鏡(dbr)、二維過渡金屬硫化物層、貴金屬納米光柵，所述dbr包含兩種不同折射率的介質(zhì)層，采用abab…周期結(jié)構(gòu)排列。

該結(jié)構(gòu)所述襯底選自藍(lán)寶石、硅、氮化鎵、砷化鎵、氮化鋁或尖晶石中的一種。

該結(jié)構(gòu)所述二維過渡金屬硫化物中的過渡金屬元素為鉬、鎢、鈮、錸、鈦中的一種，硫族元素為硫、硒、碲中的一種。

該結(jié)構(gòu)所述貴金屬納米光柵材料為金或銀中的一種。

本發(fā)明的有益效果是：二維過渡金屬硫化物對單次入射光的吸收率較小，將二維過渡金屬硫化物轉(zhuǎn)移至dbr結(jié)構(gòu)上，能夠使未被吸收的入射光反射回二維過渡金屬硫化物，實(shí)現(xiàn)再次吸收。

在二維過渡金屬硫化物上制備貴金屬光柵，貴金屬納米光柵的局域表面等離子體共振效應(yīng)可以有效地增強(qiáng)近場光吸收；貴金屬納米光柵的散射增強(qiáng)吸收作用主要是利用入射光在貴金屬光柵周圍的散射作用，增加入射光在dbr層中的光程，引起光與二維過渡金屬硫化物的多次作用而提高吸收(如圖1所示)。

通過調(diào)整dbr結(jié)構(gòu)的介質(zhì)折射率和厚度，可以實(shí)現(xiàn)二維過渡金屬硫化物對特定波段光的吸收增強(qiáng)。dbr的反射帶寬為：其中，nh和nl分別為dbr結(jié)構(gòu)中的高折射率介質(zhì)層和低折射率介質(zhì)層的折射率。反射帶寬只與膜系的相對折射率有關(guān)，越大，反射帶寬越大。給定反射帶寬的中心波長λ0，和介質(zhì)材料折射率n，dbr介質(zhì)層的厚度因此，通過調(diào)整dbr結(jié)構(gòu)兩種材料的折射率和厚度，可以實(shí)現(xiàn)二維過渡金屬硫化物在特定波段上對光的吸收增強(qiáng)。

附圖說明

圖1為貴金屬納米光柵散射增強(qiáng)光吸收示意圖；

圖2為增強(qiáng)二維過渡金屬硫化物光吸收的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為單層二硫化鉬在不同結(jié)構(gòu)中的光吸收率對比；

其中，1-光線，2-貴金屬納米光柵，3-二維過渡金屬硫化物，4-dbr結(jié)構(gòu)，4a-為sio2介質(zhì)層，4b-為gaas介質(zhì)層，5-襯底。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。

單層二硫化鉬作為二維過渡金屬硫化物中的一種，具有優(yōu)異的電學(xué)和光學(xué)性能，在光電子器件中具有較為廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，二硫化鉬具有大多數(shù)二維過渡金屬硫化物的典型特征。所以使用該結(jié)構(gòu)增強(qiáng)單層二硫化鉬對可見光的吸收來介紹本發(fā)明。

根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是,附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例,僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。

上述的增強(qiáng)單層二硫化鉬對可見光吸收的結(jié)構(gòu)具體的通過以下步驟制備：

1、提供襯底5，優(yōu)選的，所述襯底為si襯底。

2、在上述襯底5上制備dbr結(jié)構(gòu)4。本實(shí)施例中，dbr結(jié)構(gòu)為4個(gè)周期的gaas/sio2,折射率分別為3.57、1.46，厚度分別為36.8和90nm。3、轉(zhuǎn)移二硫化鉬3至上述dbr結(jié)構(gòu)4上。

4、在上述二硫化鉬3表面制備貴金屬納米光柵2，本實(shí)例中，所述的納米光柵是周期為50nm、寬30nm、高20nm的銀光柵。

通過dbr和銀納米光柵的作用，最終實(shí)現(xiàn)單層二硫化鉬對光的吸收顯著增強(qiáng)。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種增強(qiáng)二維過渡金屬硫化物光吸收的結(jié)構(gòu)，其主要結(jié)構(gòu)包括基底、分布式布拉格反射鏡(DBR)、二維過渡金屬硫化物和貴金屬納米光柵。DBR是由兩種不同折射率的介質(zhì)層組成，通過調(diào)節(jié)介質(zhì)層的折射率和厚度可以增強(qiáng)二維過渡金屬硫化物對特定波段光的吸收。最后在二維過渡金屬硫化物表面制備周期性的金屬納米光柵，金屬納米光柵一方面可以散射未被二維材料吸收且被DBR反射回的光，另一方面與入射光形成局域表面等離激元共振實(shí)現(xiàn)近場增強(qiáng)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于顯著增強(qiáng)了二維過渡金屬硫化物對光的吸收。

技術(shù)研發(fā)人員：楊國鋒;曹金濤;汪金;孫銳;陸亞男;錢維瑩;陳國慶
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.22
技術(shù)公布日：2017.10.20