[發明專利]氟化石墨烯在制備光電探測器件中的應用

有效

• 申請號: 201210409506.9
• 申請日: 2012-10-24
• 公開（公告）號: CN102881759A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 王蘭喜;陳學康;郭磊;曹生珠;吳敢
• 申請（專利權）人: 中國航天科技集團公司第五研究院第五一0研究所
• 主分類號: H01L31/09
• 分類號: H01L31/09;H01L31/028;H01L31/18
• 代理公司: 甘肅省知識產權事務中心 62100
• 代理人: 馬英

技術領域

本發明涉及氟化石墨烯的一種新用途，具體指氟化石墨烯作為光電敏感材料在制備光電探測器件中的應用。

背景技術

石墨烯是一種由六角排列的單層碳原子構成的理想二維晶體材料，它本身屬于零帶隙半導體，宏觀表現為金屬態。重要的是，石墨烯的能帶結構可以通過表面氟化的方法而加以改變，使氟化石墨烯的帶隙展寬至3.0?eV，成為寬帶隙半導體，并由此可以實現對光子的探測。

氟化石墨烯可以容易地轉移至不同襯底上，特別是氟化石墨烯的楊氏模量和持續應變可分別高達100?N/m和15?%，如果將其轉移到柔性襯底上則能夠實現具有可彎曲、抗沖擊和質量輕等特點的柔性光電探測器件。

發明內容

本發明提供了氟化石墨烯的一種新用途，該用途是氟化石墨烯可以作為光電敏感材料在制備光電探測器件中應用，該器件可對波長小于415?nm的光進行探測；而且將該器件制作在柔性襯底上可實現柔性光電探測器件。

所述光電探測器件的制備方法為：

⑴?制備絕緣襯底上的石墨烯薄膜樣品；

⑵?對⑴中所述石墨烯薄膜進行氟化；

⑶?在⑵中所述氟化石墨烯薄膜表面制作叉指電極，形成基于氟化石墨烯的光電探測器件。或：

?將帶有基底的沉積態石墨烯薄膜進行氟化；

?將⑴中所述氟化石墨烯轉移至絕緣襯底上；

?在⑵中所述氟化石墨烯薄膜表面制作叉指電極，形成基于氟化石墨烯的光電探測器件。

本發明的原理是石墨烯氟化后禁帶寬度展寬至3.0?eV，對應415?nm的本征吸收波長；在氟化石墨烯表面制作叉指電極，叉指間區域的氟化石墨烯稱為光敏面，光敏面被波長小于415?nm的光照射時由于本征吸收會產生大量的光生載流子；光生載流子在偏壓作用下分別被叉指電極收集，在外電路形成光電流，通過測量外電路的光電流來實現對光的探測。

本發明的有益效果包括：

?本發明首次利用氟化石墨烯作為光電敏感材料制作光電探測器件，采用柔性襯底可實現柔性的光電探測器件，相比有機半導體柔性光電探測器件，具有優良高頻性能和低功耗的優勢。而且氟化石墨烯的電阻可達1?TΩ以上，利用氟化石墨烯制作的光電探測器具有非常低的暗電流噪聲。

?通過化學氣相沉積方法能夠制備出大面積的石墨烯薄膜（對角線長度可達30英寸），這是目前其它無機寬帶半導體薄膜不能達到的，因此可制作基于氟化石墨烯的超大規模光電探測陣列。

附圖說明

圖1為本發明光電探測器件的結構示意圖。

具體實施方式

實施例1，參照圖1，制備基于氟化石墨烯光電探測器件的具體步驟為：

?制備石墨烯薄膜：利用化學氣相沉積方法在基底上制備石墨烯薄膜；

?將中所述的石墨烯薄膜表面均勻涂覆一層聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）膜，然后將所述基底腐蝕去除，剩下由PMMA支撐的石墨烯薄膜；其次，將PMMA支撐的石墨烯薄膜轉移至SiO₂襯底1上，然后將PMMA去除，并對SiO₂襯底1上的石墨烯薄膜進行清洗；

?對⑵中所述石墨烯薄膜表面進行氟化：將帶有SiO₂襯底的石墨烯薄膜放入真空腔室中，充入氟化氙（XeF₂）對石墨烯薄膜表面在70℃溫度下進行氟化，或充入氟氣（F₂）對石墨烯薄膜表面在350℃溫度下進行氟化，形成氟化石墨烯薄膜2；

?利用光刻技術在⑶中所述氟化石墨烯薄膜2上制作叉指電極3，最后形成基于氟化石墨烯的光電探測器件。

實施例2，參照圖1，制備基于氟化石墨烯光電探測器件的具體步驟為：

?制備石墨烯薄膜：首先利用機械剝離法或氧化還原法或超聲分散法制備出石墨烯薄膜，并將石墨烯薄膜直接轉移至SiO₂襯底1上；

?對⑴中所述石墨烯薄膜表面進行氟化：將帶有SiO₂襯底的石墨烯薄膜放入真空腔室中，充入氟化氙（XeF₂）對石墨烯薄膜表面在70℃溫度下進行氟化，或充入氟氣（F₂）對石墨烯薄膜表面在350℃溫度下進行氟化，形成氟化石墨烯薄膜2；

⑶?利用光刻技術在中所述氟化石墨烯薄膜2上制作叉指電極3，最后形成基于氟化石墨烯的光電探測器件。

實施例3，參照圖1，制備基于氟化石墨烯光電探測器件的具體步驟為：

?制備石墨烯薄膜：利用化學氣相沉積方法在基底上制備石墨烯薄膜；