[發(fā)明專利]基于石墨烯的柔性光探測裝置及其制造方法

有效

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

本公開涉及一種基于石墨烯的柔性光探測裝置及其制造方法。該方法包括制備單層石墨烯、制備柔性襯底上的第一金屬電極和第二金屬電極、制造n型石墨烯和p型石墨烯、制造透明柵極層的步驟。本公開實施例所提供的基于石墨烯的柔性光探測裝置及其制造方法，制造裝置的加工過程簡單。使用同一種半導(dǎo)體實現(xiàn)了裝置的制造，使得裝置的制造效率高、成本低，且克服了相關(guān)技術(shù)中的界面問題、晶格不匹配問題。所制造的裝置機(jī)械性能好，耐化學(xué)、耐酸耐堿性好，提高了裝置的耐久性、穩(wěn)定性和可靠性，且具有柔性適用于柔性電子領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及柔性電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于石墨烯的柔性光探測裝置及其制造方法。

背景技術(shù)

光探測器是基于輻射引起被照射材料電導(dǎo)率發(fā)生改變一種功能強(qiáng)大的電子器件。它的應(yīng)用十分廣泛，在可見光或近紅外波段主要用于射線測量和探測、工業(yè)自動控制、光度計量等；在紅外波段主要用于導(dǎo)彈制導(dǎo)、紅外熱成像、紅外遙感等。其可以分為：光電管、光敏電阻、光電二極管、光電倍增管、光電池、四像限探測器、熱電偶、熱敏電阻、熱釋電探測器等。其所利用原理的分為外光電效應(yīng)與內(nèi)光電效應(yīng)。內(nèi)光電效應(yīng)又分為光電導(dǎo)效應(yīng)與光生伏特效應(yīng)。外光電效應(yīng)是指在光線的作用下物體內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象，多發(fā)生于金屬、金屬氧化物等材料。內(nèi)光電效應(yīng)是指當(dāng)光照射在物體上，使物體電阻率發(fā)生變化或產(chǎn)生光生電動勢的現(xiàn)象，多發(fā)生于半導(dǎo)體內(nèi)。

基于半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)型的光探測器，由p型半導(dǎo)體與n型半導(dǎo)體組成，以其對光吸收的角度選擇性、較寬波長范圍的寬頻吸收、可調(diào)控性等優(yōu)勢，是近年來研究熱點。光探測器的重要參數(shù)是檢測度與靈敏度。目前，基于鈣鈦礦吸收率高、載流子自由程長、不容易復(fù)合、壽命長的光探測器最受關(guān)注。然而，鈣鈦礦存在穩(wěn)定性差、不耐溶劑的確定限制了其應(yīng)用。因此，相關(guān)技術(shù)中基于石墨烯的光探測器成為替代性選擇。然而，由于石墨烯碳半導(dǎo)體0帶隙，沒有光伏效應(yīng)，一般需要與其他材料組裝在一起，實現(xiàn)光探測功能。雖然大大提高了靈敏度與檢測度，但光探測器的加工復(fù)雜、效率低、成本高。且所制造的光探測器的硬度高，難以適應(yīng)現(xiàn)階段柔性電子領(lǐng)域的使用需求。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本公開提出了一種一種基于石墨烯的柔性光探測裝置及其制造方法。

根據(jù)本公開的一方面，提供了一種基于石墨烯的柔性光探測裝置的制造方法，用于制造基于石墨烯的柔性光探測裝置，所述方法包括：

按照預(yù)設(shè)形狀對預(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第一單層石墨烯；

在所述第一單層石墨烯上制備臨時襯底層之后，去除所述刻蝕后金屬層；

將帶有所述臨時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，并去除所述臨時襯底層；

對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)域相對應(yīng)的位置，得到柔性光探測裝置。

在一種可能的實現(xiàn)方式中，采用化學(xué)氣相沉積的方式在所述刻蝕后金屬層上生長第一單層石墨烯，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)第一時長；

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