[發明專利]基于石墨烯類二維材料保護層的拓撲絕緣體陣列型光電探測器及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201710508556.5
• 申請日: 2017-06-28
• 公開（公告）號: CN107425081B
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發明（設計）人: 孫紅輝;池雅慶;江天;方糧
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: H01L31/028
• 分類號: H01L31/028;H01L31/0352;H01L31/10;H01L31/18
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 周長清;黃麗

1.一種基于石墨烯類二維材料保護層的拓撲絕緣體陣列型光電探測器，其特征在于，所述光電探測器由下至上依次包括襯底、拓撲絕緣體薄膜、石墨烯類二維材料保護層和ITO陣列電極，所述ITO陣列電極的陣列單元之間未設有拓撲絕緣體薄膜和石墨烯類二維材料保護層，所述拓撲絕緣體薄膜與所述襯底的摻雜類型相反。

2.一種基于石墨烯類二維材料保護層的拓撲絕緣體陣列型光電探測器的制備方法，包括以下步驟：

（1）采用分子束外延方法在襯底上生長與襯底摻雜類型相反的拓撲絕緣體薄膜；

（2）采用濕法轉移方法獲得石墨烯類二維材料保護層/PMMA堆疊結構并將石墨烯類二維材料保護層/PMMA堆疊結構轉移至步驟（1）所得拓撲絕緣體薄膜之上，再去除PMMA，得到襯底/拓撲絕緣體薄膜/石墨烯類二維材料保護層堆疊結構；

（3）通過光刻、磁控濺射在步驟（2）所得襯底/拓撲絕緣體薄膜/石墨烯類二維材料保護層堆疊結構上制備ITO陣列電極，得到帶有ITO陣列電極的堆疊結構；

（4）通過光刻、反應離子刻蝕將步驟（3）所得ITO陣列電極的陣列單元之間的拓撲絕緣體薄膜和石墨烯類二維材料保護層刻蝕掉，得到基于石墨烯類二維材料保護層的拓撲絕緣體陣列型光電探測器。

3.根據權利要求2所述的基于石墨烯類二維材料保護層的拓撲絕緣體陣列型光電探測器的制備方法，其特征在于，所述步驟（2）的具體操作過程如下：

（2.1）將PMMA溶液通過旋涂方式均勻涂在生長有石墨烯類二維材料的銅箔上；

（2.2）對涂有PMMA的銅箔進行烘烤；

（2.3）將烘烤后的銅箔置于FeCl₃溶液中，以溶解銅箔，得到石墨烯類二維材料保護層/PMMA堆疊結構；

（2.4）將石墨烯類二維材料保護層/PMMA堆疊結構浸入去離子水中清洗；

（2.5）將清洗后的石墨烯類二維材料保護層/PMMA堆疊結構進行烘烤，石墨烯類二維材料保護層朝上；

（2.6）將烘烤后的石墨烯類二維材料保護層/PMMA堆疊結構轉移至步驟（1）所得的拓撲絕緣體薄膜上，石墨烯類二維材料保護層與拓撲絕緣體薄膜直接接觸，得到襯底/拓撲絕緣體薄膜/石墨烯類二維材料保護層/PMMA堆疊結構；

（2.7）將襯底/拓撲絕緣體薄膜/石墨烯類二維材料保護層/PMMA堆疊結構依次采用丙酮、異丙醇清洗，吹干并烘烤，烘烤時石墨烯類二維材料保護層朝上，得到襯底/拓撲絕緣體薄膜/石墨烯類二維材料保護層堆疊結構。

4.根據權利要求3所述的基于石墨烯類二維材料保護層的拓撲絕緣體陣列型光電探測器的制備方法，其特征在于，所述步驟（2.1）中，所述石墨烯類二維材料包括石墨烯、MoS₂或WSe₂二維材料，所述石墨烯類二維材料通過化學氣相沉積法生長于銅箔上，所述PMMA溶液的旋涂轉速為500r/min～1000r/min，旋涂時間為40s～60s；所述步驟（2.2）中，所述烘烤的溫度為170℃～180℃，所述烘烤的時間為5min～15min；所述步驟（2.5）中，所述烘烤溫度為150℃～180℃，所述烘烤的時間為2min～10min；所述步驟（2.7）中，所述烘烤的溫度為120℃～150℃，所述烘烤的時間為2min～5min。