[發明專利]一種高靈敏度的熱電子熱輻射探測計及其制備方法

有效

• 申請號: 201310436915.2
• 申請日: 2013-09-24
• 公開（公告）號: CN103542941A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 吳孝松;韓琪
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G01J5/20
• 分類號: G01J5/20
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢;王春霞

技術領域

本發明涉及一種高靈敏度的熱電子熱輻射探測計及其制備方法。

背景技術

石墨烯作為一種新型的二維材料，有著高的載流子遷移率以及良好的電學、光學、熱學、力學等性質，使其近年來在各種器件中的應用越來越廣泛。石墨烯具有獨特的狄拉克電子能帶結構，在狄拉克點附近態密度接近為零，從而使石墨烯具有很小的電子熱容。除此之外，石墨烯本身在常溫下的弱的電子-聲子耦合以及對不同波段的光輻射的很好的熱響應，這使得近年來大家對如何由石墨烯實現高靈敏度高響應速度熱輻射探測計的研究越來越關注。

目前關于石墨烯熱輻射探測計的實現方法有很多。有一種是采用高磁場下的石墨烯電阻量子霍爾效應（N.G.Kalugin?et?al.,Graphene-based?quantum?Hall?effect?infrared?photodetector?operating?at?liquid?Nitrogen?temperatures.Applied?Physics?Letters99,013504(2011)）來實現對光的熱輻射的探測。但是這種方式電阻溫度關系非常弱，器件不僅靈敏度很低，只有10^-2-10^-3V/W，而且器件的漏熱很嚴重。為了提高石墨烯熱輻射探測計的靈敏度，采用鋁-石墨烯超導隧道結（H.Vora,P.Kumaravadivel,B.Nielsen,X.Du,Bolometric?response?in?graphene?based?superconducting?tunnel?junctions.Applied?Physics?Letters100,153507(2012).）可以實現響應率～10⁵V/W。但是由于超導結的制備工藝復雜，而且器件必須工作在極低溫度下，所以實用性不強。除此之外，也有人通過雙門壓對雙層石墨烯帶隙進行調控制備出電子熱輻射探測計（J.Yan?et?al.,Dual-gated?bilayer?graphene?hot-electron?bolometer.Nat?Nano7,472(2012)）。這種方式雖然響應率可以達到2×10⁵V/W，但是雙層石墨烯雙柵結構的器件制備工藝相當復雜，且器件漏熱也比較嚴重。同時器件電阻比較大，影響了器件的響應速度。由于單層石墨烯非常薄，對光的吸收率僅2.3%，基于石墨烯的熱電子熱輻射探測計面臨吸收效率低的問題，上述結構都無法實現多層結構來提高吸收率。

發明內容

本發明的目的是提供一種高靈敏度的熱電子熱輻射探測計及其制備方法，本發明通過疊加多層氮化硼-無序石墨烯薄膜，可以降低器件電阻，提高器件的光吸收率量，從而實現更快響應速度和更靈敏熱輻射探測。

本發明所提供的一種電子熱輻射探測計的制備方法，包括如下步驟：

（1）在SiO₂襯底上進行甩膜得到PMMA層；對所述PMMA層依次進行電子束曝光和顯影得到電極的圖形，然后蒸鍍電極；

（2）去除所述SiO₂襯底上的所述PMMA層；將氮化硼-無序石墨烯薄膜轉移到所述SiO₂襯底上；

所述氮化硼-無序石墨烯薄膜為由氮化硼薄膜和無序石墨烯薄膜依次疊加的復合薄膜，所述無序石墨烯薄膜設于蒸鍍有所述電極的所述SiO₂襯底的端面上；

（3）在所述氮化硼-無序石墨烯薄膜上進行甩膜得到PMMA層，然后依次經電子束曝光和刻蝕，把復合薄膜加工成所需的形狀，至此即電子熱輻射探測計。

上述的制備方法中，所述氮化硼-無序石墨烯薄膜是按照包括如下步驟的方法制備的：在800℃～1200℃的條件下，以NH₃BH₃為先驅物在襯底上生長所述單層氮化硼薄膜；然后在800℃～1200℃的條件下，碳源在所述單層氮化硼薄膜上進行生長，控制H₂和Ar的流速分別可為10sccm～30sccm和40sccm～60sccm，生長壓強可為100Pa～150Pa，得到所述無序石墨烯薄膜，至此即得到所述氮化硼-無序石墨烯薄膜。

上述的制備方法中，所述碳源可為苯甲酸；

所述氮化硼-無序石墨烯薄膜生長在一Cu箔襯底上。