[發(fā)明專(zhuān)利]基于石墨烯的柔性光探測(cè)裝置及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010405762.5
• 申請(qǐng)日: 2020-05-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111584682B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮雪;孟艷芳;馬寅佶
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L31/18
• 分類(lèi)號(hào): H01L31/18;H01L31/028;H01L31/0392;H01L31/103
• 代理公司: 北京林達(dá)劉知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇

1.一種基于石墨烯的柔性光探測(cè)裝置的制造方法，其特征在于，用于制造基于石墨烯的柔性光探測(cè)裝置，所述方法包括：

按照預(yù)設(shè)形狀對(duì)預(yù)先制備的金屬層進(jìn)行刻蝕，得到刻蝕后金屬層，所述刻蝕后金屬層上具有固定部；

采用化學(xué)氣相沉積的方式，在利用所述固定部被固定的所述刻蝕后金屬層上生長(zhǎng)第一單層石墨烯；

在所述第一單層石墨烯上制備臨時(shí)襯底層之后，去除所述刻蝕后金屬層；

將帶有所述臨時(shí)襯底層的所述第一單層石墨烯轉(zhuǎn)移至預(yù)先制備好的柔性襯底上的第一金屬電極上，并去除所述臨時(shí)襯底層；

對(duì)所述第一單層石墨烯進(jìn)行選擇性摻雜，得到摻雜后石墨烯；

將預(yù)先制備好的未摻雜單層石墨烯放置于所述柔性襯底上的第二金屬電極上，且使得所述未摻雜單層石墨烯與所述摻雜后石墨烯之間存在接觸區(qū)域；

制備所述裝置頂部的透明柵極層，所述透明柵極層的部分區(qū)域覆蓋在所述未摻雜單層石墨烯上與所述接觸區(qū)域相對(duì)應(yīng)的位置，得到柔性光探測(cè)裝置。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，采用化學(xué)氣相沉積的方式在所述刻蝕后金屬層上生長(zhǎng)第一單層石墨烯，包括：

利用所述固定部，將所述刻蝕后金屬層固定放置于真空的石英管中之后，向所述石英管加壓至預(yù)設(shè)壓力后，通入氫氣并加熱至第一溫度，并保持所述第一溫度持續(xù)第一時(shí)長(zhǎng)；

以第一流速繼續(xù)向所述石英管中通入氫氣，同時(shí)以第二流速通入甲烷氣體，使得所述刻蝕后金屬層上生長(zhǎng)出石墨烯；

保持所述氫氣和所述甲烷氣體的通入狀態(tài)的時(shí)長(zhǎng)達(dá)到第二時(shí)長(zhǎng)后，停止通入所述甲烷氣體，得到生長(zhǎng)有第一單層石墨烯的刻蝕后金屬層。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對(duì)所述第一單層石墨烯進(jìn)行選擇性摻雜，得到摻雜后石墨烯，包括：

將具有凸起的承載部件放置于所述第一單層石墨烯的待摻雜區(qū)域，所述承載部件中僅所述凸起與所述第一單層石墨烯的待摻雜區(qū)域相接觸，所述凸起上涂覆有待摻雜溶液；

對(duì)所述承載部件施加壓力，以使所述待摻雜溶液對(duì)所述第一單層石墨烯進(jìn)行摻雜，得到摻雜后石墨烯。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述承載部件的形狀包括金字塔形狀，

在所述承載部件的形狀為所述金字塔形狀時(shí)，所述金字塔形狀的頂部作為所述凸起。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括：

在柔性襯底上制備電極金屬層；

對(duì)所述電極金屬層進(jìn)行刻蝕，形成第一金屬電極和第二金屬電極，得到帶有第一金屬電極和第二金屬電極的柔性襯底，

其中，所述第一金屬電極和所述第二金屬電極之間存在間隔。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法還包括：

在對(duì)所述第一單層石墨烯進(jìn)行選擇性摻雜之前，對(duì)所述第一單層石墨烯進(jìn)行刻蝕，使得刻蝕后的第一單層石墨烯的部分覆蓋在所述第一金屬電極上，刻蝕后的第一單層石墨烯的另一部分懸空于所述間隔之間。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一單層石墨烯上制備臨時(shí)襯底層之后，去除所述刻蝕后金屬層，包括：

利用僅與所述刻蝕后金屬層發(fā)生反應(yīng)的去除液體，去除所述刻蝕后金屬層。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，制備所述裝置頂部的透明柵極層，包括：

在柔性襯底的四周放置液體圍欄，形成承載槽；

向所述承載槽中加入離子凝膠液體中之后，按照預(yù)設(shè)圖案形狀對(duì)離子凝膠液體進(jìn)行曝光處理，使得所述離子凝膠液體中被曝光的位置發(fā)生形成透明柵極層所需的聚合反應(yīng)；

去除所述柔性襯底上未被曝光的離子凝膠液體，得到所述透明柵極層。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法還包括：

在所述第一金屬電極和所述第二金屬電極之間的間隔內(nèi)進(jìn)行絕緣物質(zhì)填充。

10.一種基于石墨烯的柔性光探測(cè)裝置，其特征在于，所述裝置是通過(guò)權(quán)利要求1-9任意一項(xiàng)所述的方法制造的，所述裝置包括：柔性襯底(1)、第一金屬電極(2)、第二金屬電極(3)、摻雜后石墨烯(5 )、未摻雜單層石墨烯(4 )和透明柵極層(6)，

所述第一金屬電極(2)和所述第二金屬電極(3)位于所述柔性襯底(1)上，且所述第一金屬電極(2)和所述第二金屬電極(3)之間存在間隔；

所述摻雜后石墨烯(5)的部分位于所述第一金屬電極(2)上、另一部分位于所述間隔之間；

所述未摻雜單層石墨烯(4)位于所述第二金屬電極(3)上，且與所述摻雜后石墨烯(5)之間存在接觸區(qū)域；

所述透明柵極層(6)位于所述裝置頂部，且所述透明柵極層(6)的部分區(qū)域覆蓋在所述未摻雜單層石墨烯(4)上與所述接觸區(qū)域相對(duì)應(yīng)的位置。