[發明專利]費米能級可調的PIN結構石墨烯光探測器及其制備方法

有效

• 申請號: 201710049335.6
• 申請日: 2017-01-23
• 公開（公告）號: CN106784115B
• 公開（公告）日: 2018-08-14
• 發明（設計）人: 王軍;潘銳;李凱;茍君;蔣亞東
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L31/09
• 分類號: H01L31/09;H01L31/18;H01L31/0216;H01L31/0232
• 代理公司: 成都華風專利事務所(普通合伙) 51223
• 代理人: 徐豐

本發明涉及石墨烯光探測器領域，本發明器件從下到上依次為襯底、金屬層、絕緣層、P摻雜石墨烯層、介質層及N摻雜石墨烯層，在金屬層加上柵極電壓；絕緣層上具有源極電極、漏極電極、第一電極，其中源極電極和漏極電極分別位于第一石墨烯層的兩側，且均與第一石墨烯層相連接；第一電極和第二電極分別位于第二石墨烯層的兩側，且第一電極與第二石墨烯層相連接；P摻雜石墨烯層、介質層及N摻雜石墨烯層構成PIN結構；第一石墨烯層、源極電極、漏極電極、絕緣層及金屬層構成一個場效應晶體管。本發明利用石墨烯材料做成場效應晶體管結構與PIN結構相復合的探測器，實現紫外?到紅外寬波段高響應快速探測。

技術領域

本發明涉及石墨烯光探測器領域，具體涉及一種費米能級可調的PIN結構石墨烯光探測器及其制備方法。

背景技術

石墨烯(Grahpene)是由單層碳原子緊密堆積成二維蜂窩狀晶格結構的一種碳質新材料，其具有優異的機械、電學、熱學及光學性能，自2004年Novoselov和Geim的團隊用機械剝離法制備出室溫存在的單層石墨烯以來，其已逐漸成為研究的熱點。在目前已知的材料中，石墨烯無疑是最薄的，單層石墨烯厚度僅為0.3納米(一個碳原子厚度)，但它也同時是最堅硬的納米材料。石墨烯可吸收2.3％的白光，遠高于碳的其他同素異形體。石墨烯在常溫下即可觀察霍爾效應。石墨烯是一種半金屬零帶隙材料，這使得它可以通過控制柵極來調節石墨烯的傳導率，而且能使得它不可能在低于一定限度的條件下關閉，開啟禁帶的幾種方法已經提出并論證。

石墨烯光探測器大致分為金屬石墨烯接觸式光探測器，等離子體共振型光探測器，量子點石墨烯混合光探測器，石墨烯異質結型光探測器等等。2009年，FengnianXia、Thomas Mueller等人利用機械剝離的石墨烯做出了金屬石墨烯接觸式光探測器，也是第一個石墨烯光電探測器，它的出現引起了廣泛的關注。不足是光響應只有0.5mA/W。2010年Echtermeyer研究了不同納米結構對光電響應的影響，發現改變納米結構尺寸可以調節不同波長的光吸收，從而基于石墨烯制備出等離子體共振型光探測器，可惜其光響應率并不高。2012年，Gerasimos Konstantatos提出了將量子點和石墨烯混合，從而制備出量子點石墨烯混合光探測器，該器件響應度很高，不過存在暗電流太大、響應速度慢、響應率低等缺點。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種費米能級可調的PIN結構石墨烯光探測器及其制備方法，該費米能級可調的PIN結構石墨烯光探測器及其制備方法可以解決石墨烯作為光探測器材料對光的吸收率低、響應速度慢的問題。

為達到上述要求，本發明采取的技術方案是：提供一種費米能級可調的PIN結構石墨烯光探測器，從下到上依次為襯底、金屬層、絕緣層、第一石墨烯層、介質層及第二石墨烯層；絕緣層上具有源極電極、漏極電極及第一電極，其中源極電極和漏極電極均與第一石墨烯層相連接，第一電極與第二石墨烯層相連接；其中第一石墨烯層和第二石墨烯層中任意一個為P摻雜，另一個為N摻雜，第一石墨烯層、介質層及第二石墨烯層構成PIN結構；第一石墨烯層、源極電極、漏極電極、絕緣層及金屬層構成一個場效應晶體管。

提供一種費米能級可調的PIN結構石墨烯光探測器的制備方法，包括以下步驟：

S1、在襯底表面沉積金屬層；

S2、在金屬層表面生長絕緣層；

S3、在絕緣層表面沉積一層金屬電極層，光刻金屬電極層形成源極電極、漏極電極、第一電極及第二電極；

S4、轉移一層石墨烯至絕緣層表面形成第一石墨烯層，第一石墨烯層分別與源極電極和漏極電極相連接，并對第一石墨烯層進行摻雜；

S5、在第一石墨烯層表面生長介質層；

S6、轉移一層石墨烯至介質層表面形成第二石墨烯層，第二石墨烯層與第一電極相連接，并對第二石墨烯層進行摻雜；