[發明專利]一種P型石墨烯/N型鍺納米錐陣列肖特基結紅外光電探測器及其制備方法

有效

• 申請號: 201510073797.2
• 申請日: 2015-02-11
• 公開（公告）號: CN104638049B
• 公開（公告）日: 2016-10-19
• 發明（設計）人: 羅林保;盧瑞;鄭坤;鄒宜峰;王先賀
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H01L31/108
• 分類號: H01L31/108;H01L31/028;H01L31/18
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

1.一種P型石墨烯/N型鍺納米錐陣列肖特基結紅外光電探測器，其特征在于：以N型鍺基底(1)作為所述紅外光電探測器的基區，在所述N型鍺基底(1)的上表面的部分區域蒸鍍有絕緣層(2)，另一部分區域生長有N型鍺納米錐陣列(3)，且所述N型鍺納米錐陣列沿垂直于N型鍺基底上表面的方向生長；在所述絕緣層(2)和所述N型鍺納米錐陣列(3)的上方轉移有P型石墨烯薄膜(4)，使所述P型石墨烯薄膜一部分與絕緣層(2)接觸，另一部分與N型鍺納米錐陣列(3)形成肖特基接觸；在所述P型石墨烯薄膜(4)上旋涂有ITO納米顆粒(5)；在所述N型鍺基底(1)的下表面和所述P型石墨烯薄膜(4)的上表面分別設置有引出電極(6)；所述引出電極(6)為銀電極，所述引出電極(6)分別與所述P型石墨烯薄膜(4)和所述N型鍺基底(1)形成歐姆接觸。

2.根據權利要求1所述的P型石墨烯/N型鍺納米錐陣列肖特基結紅外光電探測器，其特征在于：所述N型鍺基底(1)采用電阻率為0.1～20Ω﹒cm的N型輕摻雜鍺單晶基片。

3.根據權利要求1所述的P型石墨烯/N型鍺納米錐陣列肖特基結紅外光電探測器，其特征在于：所述絕緣層(2)呈“回”型結構蒸鍍在所述N型鍺基底上表面的外周，所述N型鍺納米錐陣列位于所述絕緣層(2)的回形框內。

4.根據權利要求1所述的P型石墨烯/N型鍺納米錐陣列肖特基結紅外光電探測器，其特征在于：所述絕緣層(2)以SiO₂、Al₂O₃、Si₃N₄或HfO₂為材質，所述絕緣層(2)的厚度不小于100nm。

5.根據權利要求1所述的P型石墨烯/N型鍺納米錐陣列肖特基結紅外光電探測器，其特征在于：所述的ITO納米顆粒(5)的直徑為15nm～25nm。

6.一種權利要求1所述的P型石墨烯/N型鍺納米錐陣列肖特基結紅外光電探測器的制備方法，其特征是按如下步驟進行：

(1)將N型輕摻雜鍺單晶基片依次用丙酮、酒精超聲10分鐘，再用去離子水超聲5分鐘，然后用氮氣槍吹干，獲得N型鍺基底；

(2)利用磁控濺射鍍膜工藝在所述N型鍺基底的上表面蒸鍍絕緣層，使絕緣層呈“回”型結構蒸鍍在所述N型鍺基底上表面的外周，然后通過高溫膠帶粘貼覆蓋所述絕緣層；

(3)通過氣-液界面自組裝法，在所述N型鍺基底的上表面鋪設具有六角密堆積結構的聚苯乙烯微球薄膜，作為生長N型鍺納米錐陣列的模板；

(4)以氧氣為刻蝕氣體，使用反應離子刻蝕機刻蝕鋪設有聚苯乙烯微球薄膜的N型鍺基底，氣體流速設定為20sccm，氣壓設定為5pa，刻蝕功率設定為50W，刻蝕時間210s，使聚苯乙烯微球直徑減小，各聚苯乙烯微球之間產生縫隙；

(5)利用電子束鍍膜工藝在N型鍺基底的上表面鍍20nm銀膜，并將鍍有銀膜的N型鍺基底在氬氣保護下加熱至300℃，以去除聚苯乙烯微球；

(6)將去除了聚苯乙烯微球的N型鍺基底浸泡在由HF、H₂O₂和去離子水構成的20mL刻蝕液中，在50℃下刻蝕3h，獲得N型鍺納米錐陣列；再將生長有N型鍺納米錐陣列的N型鍺基底浸泡在溫度為50℃、濃度為20wt％的(NH₄)₂S溶液中20min，進行表面鈍化處理；在所述刻蝕液中HF的濃度為4.8M，H₂O₂的濃度為0.2M；

(7)撕去高溫膠帶，利用濕法轉移在N型鍺基底上表面轉移P型石墨烯薄膜，使P型石墨烯薄膜一部分搭在絕緣層上，剩余部分搭在N型鍺納米錐陣列上；

(8)在所述P型石墨烯薄膜上旋涂ITO納米顆粒；

(9)在N型鍺基底的下表面和P型石墨烯薄膜的上表面分別點上銀漿作為引出電極，即得P型石墨烯/N型鍺納米錐陣列肖特基結紅外光電探測器。