[發明專利]一種近紅外光敏晶體管及其制備方法

有效

• 申請號: 201611206641.8
• 申請日: 2016-12-23
• 公開（公告）號: CN106784057B
• 公開（公告）日: 2018-02-13
• 發明（設計）人: 李金華;王圣;王建穎;梅濤;王賢保
• 申請（專利權）人: 湖北大學
• 主分類號: H01L31/0232
• 分類號: H01L31/0232;H01L31/028;H01L31/113;H01L31/18;B82Y30/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務所11569
• 代理人: 王加貴

技術領域

本發明涉及光電元件技術領域，特別涉及一種近紅外光敏晶體管及其制備方法。

背景技術

高靈敏度的光電探測器件是圖像傳感器的重要部件，由于常見的有機光電探測器(如光電二極管和有機雙極光電晶體管等)存在著激子快速湮滅和增益小等方面的不足，使得其在應用中受到一定的限制。

2004年，英國曼徹斯特大學兩位科學家K.S.Novoselov和A.K.Geim從高定向石墨中首次成功剝離出只有一個碳原子層的二維平面晶體材料-石墨烯，并利用其制備出石墨烯場效應光敏晶體管，獲得了石墨烯作為二維晶體材料獨特的電學特性。至此之后，石墨烯立即在材料、物理、化學、生物和電子信息等領域引起了極大的研究熱情。最近幾年來，越來越多的學者開始致力于把石墨烯材料引入電子工業，希望利用其特點制作出各種功能的電子器件，例如場效應晶體管、透明電極、傳感器、觸摸屏和超級電容器等。

石墨烯具有許多獨特的物理特性，如：雙極性場效應，在電場的作用下能夠從n型連續地變為p型，載流子濃度可以達到1×10¹³cm^-2；超高的遷移率，在室溫時的亞微米尺寸下，依然保持超高的電子遷移速率1.5×10⁴cm²V^-1S^-1；帶隙調控；量子霍爾效應；透光性等。上述特性使得石墨烯成為制備場效應晶體管的良好材料，而目前針對石墨烯電子器件的研究也大部分都集中于場效應晶體管領域。

石墨烯場效應晶體管以其固有的晶體管放大功能體管被認為是一種優良的傳感器候選材料，以其高載流子遷移率60000cm²V^-1s^-1及寬波長吸收被廣泛用于光敏晶體管領域。但是單層石墨烯吸光率只有2％，使得石墨烯光探測器的探測靈敏度非常低≤6.1mAW^-1，因此其只能被用于探測強光。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有高響應率的近紅外光敏晶體管及其制備方法。

本發明提供了一種近紅外光敏晶體管，包括依次設置的單晶硅基底、二氧化硅層、石墨烯層和相對設置的電極對，所述電極對間設置有硒化鉛量子點層。

優選的，所述硒化鉛量子點層的厚度為5～30nm。

優選的，所述硒化鉛量子點的粒徑為5～7nm。

優選的，所述石墨烯層的材質為單層石墨烯。

優選的，所述石墨烯層的厚度為0.2～0.5nm。

優選的，所述電極對的厚度獨立為60～80nm。

優選的，所述電極對的材質為金、銀或鋁。

優選的，所述二氧化硅層的厚度為280～320nm。

優選的，所述單晶硅基底的厚度為180～220μm。

本發明還提供了上述技術方案所述近紅外光敏晶體管的制備方法，包括以下步驟：

(1)將單晶硅基底表面的二氧化硅層進行刻蝕，得到單晶硅-二氧化硅復合材料；

(2)將石墨烯平鋪于所述步驟(1)得到的單晶硅-二氧化硅復合材料中二氧化硅層的表面，得到單晶硅-二氧化硅-石墨烯復合材料；

(3)在所述步驟(2)得到的單晶硅-二氧化硅-石墨烯復合材料中石墨烯層的表面蒸鍍電極對，得到石墨烯晶體管；

(4)在所述步驟(3)得到的石墨烯晶體管的電極對間的石墨烯層表面涂覆硒化鉛量子點，得到近紅外光敏晶體管。

本發明提供了一種近紅外光敏晶體管，包括依次設置的單晶硅基底、二氧化硅層、石墨烯層和相對設置的電極對，所述電極對間設置有硒化鉛量子點層。本發明提供的近紅外光敏晶體管通過石墨烯提高載流子的遷移率，通過硒化鉛量子點使近紅外光敏晶體管對不同波長光具有靈敏的響應，得到的近紅外光敏晶體管同時具有高響應率和快響應速度。實驗結果表明，本發明提供的近紅外光敏晶體管探測器探測波長可達1550nm，且響應靈敏度可達10⁸A/W。

附圖說明

圖1為本發明實施例1使用的單層石墨烯的拉曼光譜圖；

圖2為本發明實施例1使用的硒化鉛量子點的TEM圖；

圖3為本發明實施例1使用的硒化鉛量子點的XRD圖譜；

圖4為本發明實施例1使用的硒化鉛量子點的紫外吸收光譜；

圖5為本發明實施例1制備的近紅外光敏晶體管的結構示意圖；