[發明專利]基于光子晶體光響應增強技術的石墨烯紅外傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 201610985038.8
• 申請日: 2016-11-09
• 公開（公告）號: CN108075009A
• 公開（公告）日: 2018-05-25
• 發明（設計）人: 賴偉超;盧偉賢;唐鑫;潘志豪;鄭颕怡
• 申請（專利權）人: 香港生產力促進局
• 主分類號: H01L31/101
• 分類號: H01L31/101;H01L31/028;H01L31/0232
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司 11228
• 代理人: 毛廣杰

1.一種基于光子晶體光響應增強技術的石墨烯紅外傳感器，其特征在于，包括硅片，部分的硅片的拋光面上具有連續且厚度均勻的絕緣層，絕緣層的上方具有連續且厚度均勻的電極層，部分的電極層以及部分的硅片上方具有感光納米石墨烯材料層，剩余全部的電極層、感光納米石墨烯材料層的上方以及剩余全部的硅片的上方具有通過光刻制備的光子晶體部分。

2.根據權利要求1所述的基于光子晶體光響應增強技術的石墨烯紅外傳感器，其特征在于，所述絕緣層與電極層之間具有連接層，所述硅片的厚度為300到1000微米，所述絕緣層的厚度為200-500納米，所述絕緣層的材質為二氧化硅，所述電極層的厚度為100到300納米，所述電極層的材質為金，所述連接層的厚度為20到30納米，所述連接層的材質為鉻，所述感光納米石墨烯材料層的厚度為1到3層碳原子，面積為100到1000000平方微米。

3.根據權利要求1或2所述的基于光子晶體光響應增強技術的石墨烯紅外傳感器，其特征在于，所述光子晶體部分形成為周期性排列的六邊形或者圓形孔洞，所述光子晶體部分的厚度為400-700納米，光子晶體周期為4到10微米，圓形孔洞直徑或六邊形外接圓直徑與光子晶體周期之比為0.6到0.8之間。

4.一種基于光子晶體光響應增強技術的石墨烯紅外傳感器，其特征在于，包括表面具有二氧化硅層的硅片，于具有二氧化硅層一側的部分的硅片上方具有電極層，電極層分為形成為處于硅片上方兩端的兩個間隔的部分，部分的電極層以及部分的硅片上方具有感光納米石墨烯材料層，剩余全部的電極層、感光納米石墨烯材料層的上方以及剩余全部的硅片的上方具有通過光刻制備的光子晶體部分。

5.根據權利要求4所述的基于光子晶體光響應增強技術的石墨烯紅外傳感器，其特征在于，所述具有二氧化硅層一側的部分的硅片與電極層之間具有連接層，所述硅片的厚度為300到1000微米，所述二氧化硅層的厚度為200-500納米，所述電極層的厚度為100到300納米，所述電極層的材質為金，所述連接層的厚度為20到30納米，所述連接層的材質為鉻，所述感光納米石墨烯材料層的厚度為1到3層碳原子，面積為100到1000000平方微米。

6.根據權利要求4或5所述的基于光子晶體光響應增強技術的石墨烯紅外傳感器，其特征在于，所述光子晶體部分形成為周期性排列的六邊形或者圓形孔洞，所述光子晶體部分的厚度為400-700納米，光子晶體周期為4到10微米，圓形孔洞直徑或六邊形外接圓直徑與光子晶體周期之比為0.6到0.8之間。

7.一種基于光子晶體光響應增強技術的石墨烯紅外傳感器的制備方法，其特征在于，包括以下幾個步驟：

步驟1：預清洗硅片；

步驟 2：于硅片上制備圖形化光刻膠層；

步驟3：利用濺射技術于圖形化光刻膠的上方順次沉積絕緣層和電極層；

步驟 4：溶解光刻膠層，去除覆蓋在光刻膠層上方絕緣層和電極層；

步驟 5：利用聚酸甲酯轉移技術轉移石墨烯至部分電極層以及部分硅片的上方，并利用原子力顯微鏡進行表面處理，提高電子遷移率；

步驟6：于剩余的全部的電極層上方、感光納米石墨烯材料層上方以及剩余的硅片上方旋涂光刻膠層，并利用光刻技術對光刻膠層進行圖案化處理以制備光子晶體部分。

8.根據權利要求7所述的基于光子晶體光響應增強技術的石墨烯紅外傳感器的制備方法，其特征在于，所述步驟5和步驟6之間還包含一個步驟：利用摻雜技術向感光納米石墨烯材料層中注入電子，調節費米能級到達狄拉克點附近。