[發明專利]一種高靈敏紅外異質結光電傳感器及其制備方法

在審

• 申請號: 201810184358.2
• 申請日: 2018-03-06
• 公開（公告）號: CN108493288A
• 公開（公告）日: 2018-09-04
• 發明（設計）人: 張希;林澤洲;曹志鵬;刁東風
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: H01L31/109
• 分類號: H01L31/109;H01L31/18
• 代理公司: 深圳市君勝知識產權代理事務所(普通合伙) 44268
• 代理人: 王永文;劉文求

本發明公開一種高靈敏紅外異質結光電傳感器及其制備方法，其中，所述光電傳感器包括設置在襯底上的帶隙半導體薄膜以及交叉堆疊在所述帶隙半導體薄膜上表面的導流薄膜，所述帶隙半導體薄膜和導流薄膜之間的交叉重疊區域通過范德華相互作用形成光電異質結，所述帶隙半導體薄膜的兩端以及導流薄膜的兩端均通過金屬電極固定在所述襯底上。本發明的光電傳感器結構簡單、容易制備、光電響應速度快、光電輸出能力高、光電響應范圍涵蓋紅外光區域，可廣泛用于弱光檢測、紅外探測等。

技術領域

本發明涉及光電傳感器領域，尤其涉及一種高靈敏紅外異質結光電傳感器及其制備方法。

背景技術

光電傳感器能使光信號轉換為可被測量的電信號，普遍應用于光通信、紅外測距、環境監測、軍事安全檢查、生物醫學成像與科學研究等。目前，高性能光電傳感器是由晶體硅在可見光和近紅外檢測范圍內占據著光電傳感器市場的主導地位，然而，這些傳感器通常具有嚴重的缺陷，包括厚材料使用，苛刻的制造條件，昂貴的制造工藝以及嚴格的操作要求等，并且硅基光電傳感器對于紅外光利用率比較差。不同于以往的只有原子層厚度（小于1nm）的石墨烯，本發明的垂直生長石墨烯嵌入式碳膜是一種厚度為70nm-200nm的碳基薄膜材料。不同于現有碳膜/P型硅光電傳感器，探測范圍在350nm-1050nm的可見及近紅外區域，本發明利用多層石墨烯嵌入式碳膜與少層黑磷薄膜形成異質結，產生一種通過控制少層黑磷薄膜的層數來調節光電響應范圍,達到對820nm-2.5μm波長具有高靈敏響應的紅外光電傳感器。

因此，現有技術還有待于改進和發展。

發明內容

鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種高靈敏紅外異質結光電傳感器及其制備方法，旨在解決現有光電傳感器響應靈敏度較差以及對紅外光的利用率較差的問題。

本發明的技術方案如下：

一種高靈敏紅外異質結光電傳感器，其中，包括設置在襯底上的帶隙半導體薄膜以及交叉堆疊在所述帶隙半導體薄膜上表面的導流薄膜，所述帶隙半導體薄膜和導流薄膜之間的交叉重疊區域通過范德華相互作用形成光電異質結，所述帶隙半導體薄膜的兩端以及導流薄膜的兩端均通過金屬電極固定在所述襯底上。

所述的高靈敏紅外異質結光電傳感器，其中，所述帶隙半導體薄膜為黑磷薄膜。

所述的高靈敏紅外異質結光電傳感器，其中，所述黑磷薄膜的層數為1-5層。

所述的高靈敏紅外異質結光電傳感器，其中，所述導流薄膜為垂直生長石墨烯嵌入式碳膜。

所述的高靈敏紅外異質結光電傳感器，其中，所述襯底的材料為二氧化硅或聚二甲基硅氧烷。

所述的高靈敏紅外異質結光電傳感器，其中，所述金屬電極的材料為金、鈦、鉻、鎳和鎢中的一種。

一種高靈敏紅外異質結光電傳感器的制備方法，其中，包括步驟：

預先通過ECR等離子體低能電子照射方法在二氧化硅基底上制備垂直生長石墨烯嵌入式碳膜，備用；

在另一二氧化硅基底上制備黑磷薄膜；

采用氫氟酸腐蝕所述垂直生長石墨烯嵌入式碳膜的二氧化硅基底，通過定點轉移方法將所述垂直生長石墨烯嵌入式碳膜交叉堆疊在所述黑磷薄膜表面，所述黑磷薄膜和垂直生長石墨烯嵌入式碳膜之間的交叉重疊區域通過范德華相互作用形成光電異質結；

在所述黑磷薄膜兩端以及垂直生長石墨烯嵌入式碳膜的兩端分別設置一金屬電極。

所述高靈敏紅外異質結光電傳感器的制備方法，其中，所述步驟采用氫氟酸腐蝕所述垂直生長石墨烯嵌入式碳膜的二氧化硅基底，具體為：

將所述垂直生長石墨烯嵌入式碳膜的二氧化硅基底浸泡在所述氫氟酸中， 待所述二氧化硅基底腐蝕后，撈起漂浮狀的垂直生長石墨烯嵌入式碳膜。。