[發(fā)明專利]基于單晶硅納米膜/石墨烯的柔性光電探測器及制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911405518.2
• 申請(qǐng)日: 2019-12-30
• 公開（公告）號(hào): CN111180540B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂朝鋒;陸明;徐楊;茅仁偉;劉粒祥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L31/0392
• 分類號(hào): H01L31/0392;H01L31/028;H01L31/0352;H01L31/108;H01L31/18;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 賈玉霞

本發(fā)明公開一種基于單晶硅納米膜/石墨烯的柔性光電探測器及制備方法，該光電探測器由聚酰亞胺襯底、金屬互連導(dǎo)線、單晶硅納米薄膜、單原子層石墨烯以及頂層聚酰亞胺組成。本發(fā)明基于體硅/石墨烯肖特基異質(zhì)結(jié)光電探測器優(yōu)異性能的基礎(chǔ)上，將體硅減薄到納米級(jí)尺度，使原本大而堅(jiān)硬的固體硅變得薄而柔且可實(shí)現(xiàn)較大程度上的彎曲，經(jīng)柔性封裝材料聚酰亞胺封裝后，在保留體硅/石墨烯異質(zhì)結(jié)優(yōu)異光電探測性能的基礎(chǔ)上，還具有了超薄、柔性的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合聚酰亞胺的高絕緣性和良好的生物相容性，大大拓寬了硅/石墨烯異質(zhì)結(jié)光電探測器的應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、可穿戴電子設(shè)備領(lǐng)域等。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電探測器領(lǐng)域，具體涉及基于單晶硅納米膜/石墨烯的柔性光電探測器及制備方法。

背景技術(shù)

光電傳感器的基本原理以光電效應(yīng)為基礎(chǔ)，當(dāng)光照射在某些物質(zhì)上時(shí)，光子的能量會(huì)傳遞給電子，使電子所處的狀態(tài)發(fā)生改變，從而使該物質(zhì)的電學(xué)特性發(fā)生相應(yīng)改變，達(dá)到將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的一種器件。光電探測器在通信、醫(yī)療衛(wèi)生、計(jì)算機(jī)技術(shù)、空間技術(shù)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

單晶硅/石墨烯肖特基異質(zhì)結(jié)光電探測器具有高靈敏度、高光學(xué)響應(yīng)、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，在高速信號(hào)調(diào)制、微弱信號(hào)探測等方面具有重要應(yīng)用。傳統(tǒng)單晶硅/石墨烯肖特基異質(zhì)結(jié)光電探測器性能優(yōu)異，但無法做到柔性化，其應(yīng)用領(lǐng)域受到極大限制，尤其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，可穿戴柔性電子器件正展現(xiàn)出蓬勃的活力；而其它類型柔性光電探測器，一方面探測性能不如硅基光電探測器，另一方面制備成本較高，不能與現(xiàn)有集成電路工藝相兼容。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于單晶硅納米膜/石墨烯的柔性光電探測器及制備方法，該光電探測器肖特基結(jié)感光部位可以做到較大角度彎曲，整體器件具有性能優(yōu)異、超薄、柔性化及良好的生物兼容性等優(yōu)點(diǎn)。具體技術(shù)方案如下：

一種基于單晶硅納米膜/石墨烯的柔性光電探測器，它由柔性襯底、兩根金屬互連導(dǎo)線、單晶硅納米薄膜、石墨烯以及頂層柔性封裝層組成，其中所述的一根金屬互連導(dǎo)線與單晶硅納米薄膜接觸處形成一個(gè)金屬接觸電極，所述的另一根金屬互連導(dǎo)線與石墨烯形成另一個(gè)金屬接觸電極，所述的納米薄膜與石墨烯有一交疊區(qū)域，形成單晶硅/石墨烯肖特基異質(zhì)結(jié)；肖特基異質(zhì)結(jié)處產(chǎn)生的信號(hào)分別通過所述的兩個(gè)金屬接觸電極引出；所述的金屬互連導(dǎo)線末端的頂層柔性封裝層被刻蝕掉，裸露出金屬互連導(dǎo)線，將信號(hào)與外接電路相連。

進(jìn)一步地，所述單晶硅納米薄膜厚度為100nm～300nm，所述的金屬互連導(dǎo)線的厚度為30nm～100nm。

進(jìn)一步地，所述單晶硅納米薄膜從絕緣體上硅剝離而得，且為多孔結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，所述單晶硅納米薄膜通過濕法轉(zhuǎn)印的方法轉(zhuǎn)印到所述的柔性襯底上的金屬接觸電極處。

進(jìn)一步地，所述的柔性襯底和頂層柔性封裝層均由聚酰亞胺制成。

一種如所述的柔性光電探測器的制備方法，該方法具體包括如下步驟：

S1:在基底上旋涂柔性襯底材料，使其固化，形成柔性襯底；

S2：在所述的柔性襯底光刻金屬互連導(dǎo)線圖案；

S3：電子束蒸發(fā)金屬，形成金屬互連導(dǎo)線；

S4：在襯底指定位置通過濕法轉(zhuǎn)印的方法轉(zhuǎn)印大規(guī)模單晶硅納米薄膜；

S5：光刻單晶硅納米薄膜圖案，刻蝕完全裸露的單晶硅，得到特定位置處特定尺寸的單晶硅納米薄膜；

S6：指定位置轉(zhuǎn)印石墨烯，光刻石墨烯圖案；

S7：完全刻蝕裸露的石墨烯，得到特定位置處特定尺寸的單原子層石墨烯；

S8：旋涂柔性封裝層材料，使其固化，對(duì)制作好的器件進(jìn)行封裝；