[發明專利]一種基于石墨烯表面吸附效應的光電探測器制備方法

在審

• 申請號: 202010177216.0
• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號: CN111370534A
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 王軍;張超毅;張興超;茍君;蔣亞東
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/0216;H01L31/09
• 代理公司: 成都華風專利事務所(普通合伙) 51223
• 代理人: 杜朗宇

本發明公開了一種基于石墨烯表面吸附效應的光電探測器制備方法，屬于光電探測器技術領域。本發明中石墨烯光電探測器的制備方法包括：在襯底上制備絕緣層；在絕緣層上引入單層石墨烯；在帶有石墨烯的襯底上制備涂覆層；使用丙酮處理涂覆層，石墨烯因表面吸附效應黏附少量光刻膠；通過熱蒸發制備金屬電極；得到光刻膠增強型石墨烯光電探測器。該制備方法成功在石墨烯表面吸附均勻的光刻膠，可以有效提高光吸收率，進而提高石墨烯光電探測器的光響應。本發明的制備方法具有工藝流程簡單，易于大面積制作并且與石墨烯材料相兼容等優點，有望用于大面積石墨烯光電探測器的制備。

技術領域

本發明涉及光探測器領域，特別是涉及一種基于石墨烯表面吸附效應光電探測器制備方法。

背景技術

光信號的探測是光譜測量中的重要一環，基于不同的使用場合和不同的目的，所采用的探測器也不同，但其中最重要的是選擇合適的探測器的應用波長范圍、探測靈敏度以及響應時間。光探測器是將光輻射能轉變成另一種便于測量的物理量的器件，它的種類繁多，一般來說可以按照在探測器上所產生的物理效應，分為光熱探測器、光電探測器和光壓探測器。

光電探測器在軍事和國民經濟的各個領域有廣泛的用途。在可見光或近紅外波段主要用于射線測量和探測、工業自動控制、光度計量等；在紅外波段主要用于導彈制導、紅外熱成像、紅外搖感等方面。

光電探測器可以將人眼難以觀測到的微弱輻射信號轉換成其他可以測量的物理量，是最常使用的光信號探測器。他的主要特點是：探測靈敏度高，響應時間快，可以對光輻射的瞬時變化進行測量。光電探測器又分為內光電效應器件和外光電效應器件，內光電效應是通過光與探測器靶面固體材料的相互作用，引起內電子運動狀態的變化，進而引起材料電學性質的變化。

石黑烯(Graphene)是種碳原子以sp2雜化軌道組成六角形,呈蜂巢品格排列的單層二維晶體。2004年,Novoselov和Geim的團隊用微機械剝離法制備出室溫下可以穩定存在的石墨烯,掀起了石墨烯研究的熱潮。近年來,石墨烯的材料制備、轉移、表征以及在半導體,化學等功能器件上的應用的一系列研究相繼展開,進展迅速。由于石墨烯獨特的零帶隙能帶結構、室溫下超高的電子遷移率(理論上可達200,000cm2·V-1·s-1)、近彈道傳輸的電子性質(電子的平均自由程達亞微米量級)、高導熱性等特點,從晶體管到化學傳感器,再到納米機電器件等領域有著很大的應用潛力；由于其獨特的光吸收特性(對光的吸收率僅有2.3％,且吸收光的波長范圍覆蓋了紅外光,可見光和紫外光),石墨烯在光電器件上的應用逐漸被人們發覺,并被認為是最具潛力的應用方向之一。然而，雖然石墨烯電子遷移率很高，但受限于其單層原子層厚度所造成的極低光吸收率，其歸一化探測響應率通常很低。如何有效增強石墨烯與入射光的相互作用，提高石墨烯探測器的響應率，是實現石墨烯材料高效探測的關鍵所在。

光刻膠指光照后能具有抗蝕能力的高分子化合物，用于在半導體基件表面產生電路的形狀。其配方通常是一個復雜的體系，主要包括感光物質(PAC)、樹脂和一些其他利于使用的材料如穩定劑、阻聚劑、增粘劑、染料、增塑劑和化學增溶劑等。其中，光刻膠中的感光物質可以用作石墨烯光電探測器中的光收集材料，石墨烯由于表面吸附效應在表面粘附少量光刻膠，以提高光吸收率，進而實現石墨烯光響應效果的提高。

發明內容

本發明主要解決的技術問題是提供一種光刻膠增強型石墨烯光電探測器的制備方法，能夠有效提高石墨烯光電探測器的光吸收率。

為解決上述技術問題，本發明采用的一個技術方案是：提供一種基于石墨烯表面吸附效應光電探測器制備方法。

包括以下步驟：步驟1：在襯底基片(1)上制備絕緣層(2)；步驟2：在絕緣層上引入單層石墨烯(3)；步驟3：石墨烯表面涂覆層(4)的制備；步驟4：涂覆層(4)的表面固化處理與去除；步驟5：通過熱蒸發制備金屬電極(5)。

與傳統石墨烯器件相比，該制備方法在保證石墨烯光電探測器探測光譜范圍的同時有效的提高探測器的光探測效率。