[發明專利]利用石墨烯硅量子點混合結構的光電二極管及其制造方法

有效

• 申請號: 201480081292.4
• 申請日: 2014-11-20
• 公開（公告）號: CN106575685B
• 公開（公告）日: 2018-01-26
• 發明（設計）人: 崔石鎬;申東熙;金成
• 申請（專利權）人: 慶熙大學校產學協力團
• 主分類號: H01L31/10
• 分類號: H01L31/10;C01B32/186
• 代理公司: 北京青松知識產權代理事務所(特殊普通合伙)11384
• 代理人: 鄭青松

技術領域

本發明涉及通過硅量子點的大小，和石墨烯的摻雜濃度的控制，包括提高光學特性及電性特性的石墨烯硅量子點混合結構的光電二極管及其制造方法。

背景技術

石墨烯不僅具有高的導電性，在光學上也具有高的性能，在柔性顯示器和觸摸屏等下一代顯示領域，和太陽電池等能源事業領域、智能窗、RFID等多種電子產業領域，以新材料被擴大活用度。

最近幾年，石墨烯不僅在基礎學文的發展，而且在可成長產業性技術的可能性，受到很多關注。特別地，最近隨著石墨烯的大面積制作法的開發，在多種產業領域其應用可能性被擴大。

其中，利用廣泛使用在整個產業的化學蒸汽沉積(chemical vapor deposition，CVD)，制作的石墨烯是大面積且具有高透過性及導電性，所以，被期待作為透明電極的應用可能性。

為了將石墨烯活用在光及電子元件，可實現半導體元件結構的基本二極管結構。特別地，石墨烯與廣泛使用在現整個產業的硅基礎的物質，形成混合結構被開發成元件時，與其他物質進行比較，其波及效果會很大。

光檢測元件或光傳感器是將如電磁波信號變換成電信號的光電變換傳感器，活用在如圖像傳感、通信、化學/醫學/生物學傳感、航天產業的多種產業。

形成這些光檢測元件根干的代表物質是硅Si。普及硅基礎光檢測元件，可分別檢測紫外線、可視光線及紅外線領域的光?，F有的光檢測元件的光檢測帶寬受限制，且光反應度低，Si的帶隙能量(Band gap energy)小，所以，對于相對高的光能量(在紫外線可視光線領域的能量)發生熱，具有縮短元件壽命的問題。

對此，為了最小化經紫外線及可視光線領域的光吸收的熱發生現象，正在積極地進行關于利用能量帶隙大的元件的光檢測元件開發的研究。

特別地，硅作為在現產業最重要地被利用的物質，可調整能量帶隙，其波及效果會很大。其中，硅量子點因量子限域效應(quantum confinement effect；QCE)與大量單結晶硅(bulk single-crystalline Si)比較，在短波長領域可期待更增大的光吸收率及發光效果，作為下一代光電子元件被最具有魅力的物質中的一個受到矚目。

此外，在未來需要非常薄且柔軟的光電子元件，在產、學、研積極地進行對此的研究。為了實現此，要使用兼備透明且柔軟性的基板，但這些基板對熱脆弱，所以，在高溫生長的石墨烯可成為對策。

此外，即使在高溫可生長，也不可避免工程復雜，且由此發生的很多費用，對于普及受到很多限制。

對此，下一代光檢測元件工程即簡單且在透明、柔軟的基板制作元件也要簡便，可發揮光帶寬、高靈敏度及高檢測率的高性能的光檢測元件，需要適合的物質及結構的實情。

最近，在可視光領域以性能優秀的如CdS、CdSe、PdS的膠體量子點為基礎的光檢測元件的研究被報告。膠體量子點基礎光檢測元件具有制造工程單純，費用消耗少，靈敏度好的優點。

但是，具有操作電壓以40至500V高，運行速度慢的缺點，根據2006年7月1日開始適用的RoHS(特定有害物質使用限制)，Pb、Cd基礎的物質存在使用限制。

因此，為了解決上述的現有光檢測元件具有的問題，需要設計并制作新結構的光檢測元件，或開發新光檢測元件用物質。

最近，報告具有多種新物質及結構的光檢測元件的研究結果，但光反應度(Responsivity)及檢測率(Detectivity)低，在較高電壓被驅動，所以，到現在為止為了普及存在困難。

此外，幾個被報告性能優秀的光檢測元件，存在制作工程復雜，且大面積元件制作困難的問題。

發明內容

技術課題

本發明提供制作方便，可進行大面積制作，從紫外線領域到近紫外線領域光檢測帶寬廣，且包括選擇性地可調整吸收能量的石墨烯硅量子點混合結構的光電二極管及其制造方法。

此外，本發明提供通過石墨烯的摻雜濃度調整的石墨烯費米能級控制，優化光檢測元件性能的包括石墨烯硅量子點混合結構的光電二極管及其制造方法。

此外，本發明將提供通過硅量子點的大小控制，調整能量帶隙提高光電二極管性能的包括石墨烯硅量子點混合結構的光電二極管。

此外，本發明將提供在光電二極管基礎的光電子元件，可活用的理想的包括石墨烯硅量子點混合結構的光電二極管。

技術方案