本發明涉及到光電傳感與探測技術及微納加工，創新性地提出了一種具備寬光譜響應特性的光電探測器及其制備方法。該探測器工作范圍覆蓋紫外、可見光、紅外等寬光譜范圍，滿足各類需要對多光譜進行精準探測的應用場景需求。同時，本發明還涵蓋了一套微納加工工藝，該工藝具有高度的通用性和適用性，可廣泛應用于微納光電器件的精密加工制造中。

背景技術：

1、隨著科技的迅猛發展，光電探測器作為將光信號轉換為電信號的關鍵器件，在光學成像、環境監測、生物醫學檢測及通信技術等諸多領域發揮著不可替代的作用。其中，寬光譜響應特性已成為衡量光電探測器性能的重要指標之一。

2、寬光譜探測技術在多個應用領域具有重要意義：在光學成像領域，寬光譜響應的光電探測器可同時捕捉多個波段的光信息，顯著提升成像的真實度與完整性；在環境監測方面，由于不同污染物具有獨特的光譜特征，寬光譜探測器能夠實現多種污染物的同步監測；在生物醫學檢測中，寬光譜響應有助于獲取生物分子的特征光譜信息，為疾病診斷和治療評估提供重要依據；在通信技術領域，寬光譜探測器的應用可有效擴展通信帶寬，提升數據傳輸效率。

3、然而，現有技術在實現寬光譜探測方面仍面臨諸多技術瓶頸。傳統光電探測器往往只對特定波段敏感，如紫外探測器、紅外探測器和可見光探測器各自工作在不同的光譜區域。為實現寬光譜探測功能，常見的解決方案是將多種探測器集成在同一系統中，但這種方式不僅增加了系統的復雜度和成本，還容易引發信號干擾和系統兼容性等問題，嚴重制約了寬光譜探測技術的推廣應用。

4、目前市場上已有的寬光譜探測器在性能指標上仍存在顯著不足：一方面，其光譜響應范圍較窄，難以滿足全波段探測需求；另一方面，在寬光譜范圍內普遍存在探測靈敏度不足的問題，導致對微弱光信號的捕捉能力有限，影響探測精度。這些技術局限性使得現有寬光譜探測器難以滿足實際應用中日益提高的性能要求。

5、因此，開發新型的寬光譜光電探測器，突破現有技術瓶頸，提升探測性能，具有重要的理論價值和實踐意義。本發明旨在提供一種具有優異寬光譜響應特性的光電探測器及其制備方法，以解決現有技術中存在的問題，推動光電探測技術的創新發展。

技術實現思路

1、本發明旨在解決現有光電探測器在光譜響應范圍上的局限性。傳統光電探測器通常僅對特定波段敏感，如紫外探測器、紅外探測器和可見光探測器各自局限于不同的光譜區域工作，無法滿足全波段探測需求。現有市場上已有的寬光譜探測器，其光譜響應范圍依舊較窄，難以適應實際應用中對更廣泛光譜區域進行探測的要求，限制了其在光學成像、環境監測、生物醫學檢測及通信技術等多領域的進一步發展。因此，本發明要解決的技術問題是如何設計一種光電探測器，使其能夠同時覆蓋紫外光、可見光和紅外光的寬光譜范圍，以適應多種復雜的環境和應用場景。

2、為了解決上述技術問題，本發明提出的技術方案是：一種具有寬光譜響應特性的光電探測器，采用三端晶體管結構，主要由二維pbi2/wse2異質結構、柵介以及上層au電極構成。二維pbi2/wse2異質結構作為核心部分，負責實現寬光譜響應功能。這種結構設計能夠充分發揮?pbi2和?wse2兩種材料的優勢，為實現全光譜探測奠定基礎。

3、一種具有寬光譜響應特性的光電探測器，其特征在于：所述光電探測器具有五層結構，自上而下依次為au源漏電極、wse2溝道層、pbi2功能層、hfo2介電層、si柵電極。該器件具有寬光譜性能。

4、所述的具有寬光譜響應特性的光電探測器，包含wse2與pbi2兩層光活化層，wse2重點為器件工作提供電子，pbi2重點為器件工作提供光子與離子，三類信息載體共同協作器件的功能。二維pbi2具有極強的光活化離子特性，被命名為光活化離子層。

5、為了解決上述技術問題，本發明提出的另一技術方案是：所述的具有寬光譜響應特性的光電探測器的制備方法，?包括以下步驟：

6、（1）清洗hfo2/si襯底：依次使用丙酮、異丙醇和無水乙醇在超聲機中各超聲10分鐘清洗hfo2/si襯底，然后用高純氮氣吹干備用；

7、（2）制備光活化離子層：通過溶液法在干凈的hfo2/si襯底表面直接生長二維pbi2納米片；

8、（3）制備wse2/pbi2異質結：通過范德華集成工藝，將二維wse2納米片轉移到二維pbi2納米片表面，過程保持在氮氣氛圍中進行，以保證兩層材料的界面清潔且緊密接觸；

9、（4）制備源漏電極：通過光刻或ebl方法，結合auto?cvd軟件在wse2/pbi2異質結的表面設計結構與尺寸合理的電極圖案，通過熱蒸鍍鍍膜工藝，在異質結的表面沉積金屬電極au。

10、優選的，具體參數包括：wse2為1-4層，厚度為0.7-3?nm，pbi2厚度為1-5?nm，au厚度為60-100?nm，溝道寬度200?nm-5?μm。

11、優選的，二維pbi2納米片的制備步驟如下：

12、（1）取黃色顆粒狀10mg?pbi2?原料溶解于10ml超純水中，在90?℃的磁力攪拌臺上攪拌4?h以上使pbi2顆粒充分溶解；

13、（2）將pbi2溶液滴涂在襯底表面，并在熱板上保持40?℃加熱至水分揮發完全，可以看到襯底上形成了形狀規整的二維pbi2納米片。

14、優選的，所述wse2層可采用機械剝離法或化學氣相沉積法兩類方法制備。

15、優選的，所述wse2/pbi2異質結的制備步驟如下：

16、（1）制備wse2：將機械剝離的wse2直接剝離pdms上，獲得wse2/pdms；或通過濕法轉移技術轉移化學氣相沉積法制備的wse2，在轉移過程中通過pdms提取水溶液表面的wse2，獲得wse2/pdms；

17、（2）轉移wse2：在顯微鏡視野下，將目標wse2對準目標pbi2，在80~90°c下保持貼合2~3分鐘；

18、（3）獲得wse2/pbi2異質結：抬升熱釋放膠帶使wse2落在pbi2?薄膜上，完成異質結的制備。

19、優選的，表面au電極的步驟如下：

20、（1）在具有wse2/pbi2異質結的襯底表面依次旋涂光刻膠pmma-a4和pmma-a5，并分別在180°c熱板上烘烤90?s；

21、（2）在掃描電鏡中找到樣品周圍區域并刻畫對準標記，將曝光的對準標記顯影，并用顯微鏡拍照記錄，定位樣品和刻畫圖案；

22、（3）進行標記的對準和樣品的曝光；

23、（4）顯影后用氮氣槍吹干，并通過熱蒸鍍法蒸鍍au電極。

24、為了解決上述技術問題，本發明提出的另一技術方案是：?所述的具有寬光譜響應特性的光電探測器的應用，?該探測器具有寬光譜探測性能，應用于光學成像、環境監測、生物醫學檢測及通信技術領域。

25、優選的，該探測器滿足紫外、可見或紅外波段的探測需求；具體光譜探測范圍200-1100?nm。

26、有益效果：

27、(1)寬光譜響應范圍

28、本發明基于二維pbi2/wse2異質結構設計，實現了紫外-可見光-紅外的寬光譜響應。相比于現有技術中僅限于可見光或單一波段探測的光電探測器，本發明顯著擴展了光譜范圍，能夠覆蓋從紫外光到紅外光的寬光譜區域，滿足多樣化的應用需求。

29、(2)異質結協同作用

30、本發明采用pbi2和wse2構建的異質結構，通過材料協同作用降低了光生載流子的復合速率，顯著提高了光譜響應的均勻性和穩定性。相比現有光電探測器中單一材料體系的不足，本發明的異質結結構能夠有效優化界面光電性能，從而提升光譜響應范圍和效率。

31、(3)適用多場景的寬光譜探測能力

32、與現有技術中單一光譜探測器的局限性相比，本發明的寬光譜響應特性使其適用于多種復雜場景，例如：

33、在紫外光譜范圍內，可用于微生物檢測及環境監測；

34、在可見光譜范圍內，可用于目標識別及智能視覺；

35、在紅外光譜范圍內，可用于熱輻射探測及夜視成像。

36、這一特性顯著拓寬了光電探測器的應用領域，提升了其實用價值。

37、(4)高質量異質結界面設計

38、通過干法轉移技術構建的pbi2/wse2異質結，確保了界面的高質量和穩定性。相比于現有技術中可能因材料界面缺陷導致的性能不穩定問題，本發明的制備工藝有效減少了界面缺陷和雜質的影響，顯著提升了器件性能和穩定性。

39、(5)工藝可控性強

40、本發明采用溶液法制備pbi2納米片以及機械剝離法制備wse2材料，這些方法簡單易行，成本較低，同時通過干法轉移精準構建異質結，確保了器件的可重復性和批量生產的可能性。相比于現有技術中依賴復雜工藝制備的光電探測器，本發明的工藝更為可控，具有較高的實用性和推廣價值。

41、(6)?高響應度的探測

42、該探測器對從405nm到1064nm波長下的不同波段光線均可實現較高響應度的探測，其中405nm處響應度達到67000000000a/w,520nm處響應度達到20000000000a/w，658nm處響應度達到1200000000a/w，830nm處響應度達到69000000a/w，1064nm處響應度達到5200a/w。基于光的能量與波長的反比關系，波長越短，光子能量越強，405nm以下波段的光線能量相較于405nm波段更強。因此，從理論分析，本探測器能夠對405nm光線實現有效探測，那么對于能量更強的405nm以下波段光線，在同等或更優條件下，具備實現有效探測的能力。