[實用新型]基于溫度調節性能的石墨烯仿生光探測器

有效

• 申請號: 201720030919.4
• 申請日: 2017-01-11
• 公開（公告）號: CN206618429U
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 李鐵;仝敬;王伊;張蕾;高安然;張東偉;宋海峰;王躍林
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所;北京正旦國際科技有限責任公司
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26;C23C16/26
• 代理公司: 上海光華專利事務所31219
• 代理人: 余明偉

技術領域

本實用新型屬于光電探測技術領域，尤其涉及一種基于溫度調節性能的石墨烯仿生光探測器。

背景技術

光電探測器在日常生活以及軍事領域有著廣泛的應用，并且不同波段的光電探測器有著不同的應用。紫外波段用于觀測地面低層大氣紫外線強度變化以及太陽物理，臨震預報研究等；可見光或近紅外波段用于射線測量和探測、工業自動控制、光度計量等；紅外波段用于導彈制導、紅外熱成像、紅外遙感等方面。不同波段的光電探測器，對于不同領域有著重要意義。

光受體蛋白一類對光敏感的生物分子，覆蓋的波長可由紅外區至紫外光區，具有波長選擇性好，對光的響應速度快、吸收率高的特點。使用光受體蛋白制備的光傳感器將會具備比傳統光探測器更加簡單的結構，更低廉的制造成本以及更高的靈敏度。

傳統的半導體材料的光探測器，雖然性能優異，但材料制備困難，且對工作環境要求高，探測器成本高。石墨烯作為一種獨特的二維材料，室溫下具有超高的載流子遷移率、超寬的光吸收譜(從紫外至遠紅外)，使得其在實現高速、寬光譜的低成本光探測方面極具潛力。另外，石墨烯超高的比表面積和優異的導電性使其成為酶或者蛋白質的氧化還原中心和電極表面之間的良好電子傳輸通道。通過對石墨烯修飾目標分子，既能快速傳遞電子，又能實現生物分子的選擇性檢測，因此石墨烯也是制備生物傳感器的理想材料。

但是，石墨烯用于光探測也存在明顯的劣勢：本征石墨烯對光的吸收率低、缺乏光增益機制，導致器件的光響應率較低；石墨烯自身的光生載流子壽命短，僅皮秒左右，導致光生載流子難以有效收集，也嚴重影響探測器的光響應率，石墨烯探測器的低響應率無法滿足實際應用的需要。此外，襯底材料會顯著影響石墨烯的性質，例如，SiO₂襯底的不純和聲子振動，會導致石墨烯中載流子散射，嚴重降低石墨烯載流子的遷移率；石墨烯聲子和襯底聲子的相互作用，使其熱電導率降低本征石墨烯的五分之一。因此，提高載流子的遷移率對石墨烯光探測有重要意義。

因此，如何簡單、高效地提高光生載流子的濃度、遷移率，提高器件的靈敏度是本領域的技術人員渴望解決的技術難題。

實用新型內容

鑒于以上所述現有技術缺點，本實用新型的目的在于提供一種基于溫度調節性能的石墨烯仿生光探測器，用以解決現階段石墨烯光探測器對光的吸收率低、靈敏度低的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本實用新型提供一種基于溫度調節性能的石墨烯仿生光探測器的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)提供石墨烯及微加熱器平臺，并將所述石墨烯轉移至所述微加熱器平臺上；

2)將步驟1)得到的結構置于化學氣相沉積反應爐中退火；

3)使用試劑對退火后的所述石墨烯表面進行修飾，以在所述石墨烯表面形成具有活性基團的活性薄膜；

4)于所述活性薄膜表面形成光受體蛋白，所述光受體蛋白與所述活性薄膜的活性基團結合形成共價鍵，以連接所述光受體蛋白與所述活性薄膜。

作為本實用新型的一種優選方案，步驟1)中，所述微加熱器平臺采用如下步驟制作：

1-1)提供一襯底，并于所述襯底上形成復合膜，所述復合膜用于定義出加熱膜區和支撐梁區；

1-2)于所述復合膜上形成加熱金屬層，并將所述加熱金屬層圖形化以得到電阻器件，所述電阻器件包括加熱電阻絲、第一供電引線、第一供電電極，至少所述加熱電阻絲位于所述加熱膜區；

1-3)于所述加熱金屬層上形成絕緣層；

1-4)于所述絕緣層上形成測試金屬層，并將所述測試金屬層圖形化以得到電極器件，所述電極器件包括測試電極、第二供電引線、第二供電電極，至少所述測試電極與所述加熱電阻絲上下對應設置，另外，所述石墨烯至少覆蓋所述測試電極；

1-5)于步驟1-4)形成的結構中形成薄膜釋放窗口，并露出所述襯底；

1-6)通過所述薄膜釋放窗口腐蝕部分所述襯底形成隔熱腔，以釋放出所述加熱膜區和支撐梁區。

作為本實用新型的一種優選方案，步驟1-1)中，所述襯底為(100)面的硅襯底，所述復合膜為至少一層氧化硅膜及至少一層氮化硅膜形成的復合膜。

作為本實用新型的一種優選方案，步驟1-4)中，所述測試電極為叉指電極。

作為本實用新型的一種優選方案，步驟1-6)中，所述支撐梁區的形狀為直線形或蛇形。

作為本實用新型的一種優選方案，步驟1)中，采用直接轉移法或PMMA法將所述石墨烯轉移至所述微加熱器平臺上。

作為本實用新型的一種優選方案，步驟2)具體包括：