[發明專利]一種核-殼結構量子點寬光譜光電探測器及其制備方法

在審

• 申請號: 202011014363.2
• 申請日: 2020-09-24
• 公開（公告）號: CN112133777A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 鄭加金;蔣軍;張勇;陳煥權;余柯涵;韋瑋
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/0336;H01L31/113;H01L31/18
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發明公開了一種核?殼結構量子點寬光譜光電探測器及其制備方法；所述光電探測器包括從下到上依次層疊的單晶硅襯底層、氧化硅絕緣層和石墨烯溝道層；所述石墨烯溝道層上設置有交叉周期排列的源極電極和漏極電極；所述源極電極和漏極電極的叉指之間形成石墨烯溝道；所述石墨烯溝道內旋涂有核?殼結構量子點光敏介質層。本發明可對紫外至中紅外波段的光有明顯的吸收作用，其寬光譜吸收特性極大的擴展了器件的光譜響應范圍，使器件具有較高的光響應度。同時，在一定頻率光照射下，核?殼結構量子點產生電子?空穴對，在內建電場的作用下空穴轉移到石墨烯中，電子被核?殼結構量子點俘獲，極大地提升了載流子的分離效率，提高了載流子的壽命。

技術領域

本發明屬于光電探測領域，具體涉及一種核-殼結構量子點寬光譜光電探測器及其制備方法。

背景技術

光電探測器是一種能夠將光信號轉變成電信號的光電器件，是光電系統的重要組成部分，一般可以簡單的分為光伏型器件和光電導型器件。光電探測器在智能家居、光通信、環境與安全監測、光電集成電路等領域有著實際應用價值。其中超高靈敏度的光電探測器在現代光通信、生物醫學研究、環境監測等領域有著突出的貢獻。

石墨烯是由單層碳原子按照蜂窩狀結構排列的二維材料，具有優異的電子學、光學、熱學和力學等性質，基于這些優異的性質，引起了科研人員的廣泛關注，使得石墨烯用于高頻和高速電子器件，場效應晶體管和反相器成為可能。基于石墨烯的光電探測器利用的是石墨烯材料的寬光譜吸收特性、室溫下超高的載流子遷移率和超快的光響應速度，使其成為制作快速光電探測器的理想材料。但由于本征石墨烯的光吸收率很?。▎螌邮梢姽狻⒔t外光的吸收率僅為2.3%）并且電子空穴對復合率高、壽命低等缺陷導致其光電增益很小，從而極大的限制了器件的光響應度；石墨烯的零帶隙導致其無法存在開或關的狀態，這也限制了石墨烯的應用。因此克服石墨烯的缺陷并提高光電探測器的性能是目前主要的研究方向。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種核-殼結構量子點寬光譜光電探測器及其制備方法，以解決現有技術中存在的增益和響應度較差的問題。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種核-殼結構量子點寬光譜光電探測器，從下到上依次為層疊的單晶硅襯底層、氧化硅絕緣層和石墨烯溝道層；所述石墨烯溝道層上設置有交叉周期性納米結構排列的源極電極和漏極電極；所述源極電極和漏極電極的叉指之間形成石墨烯溝道；所述石墨烯溝道內旋涂有核-殼結構量子點光敏介質層。

進一步的，所述單晶硅襯底層為重摻雜N型硅襯底或重摻雜P型硅襯底；所述氧化硅絕緣層的材料為二氧化硅；所述單晶硅襯底層和氧化硅絕緣層的尺寸相同。

進一步的，所述石墨烯溝道層為單層或少層石墨烯層；所述石墨烯溝道層的厚度為0.33~3.3nm。

進一步的，所述石墨烯溝道層的面積小于氧化硅絕緣層的面積。

進一步的，所述源極電極和漏極電極的尺寸和厚度均相同；所述源極電極的電極材料為鉑；所述漏極電極的電極材料為金，采用不同的金屬電極可以打破源漏極間對稱的電勢梯度分布，提高光探測效率。

進一步的，所述核-殼結構量子點層為CdSe-ZnS、CdSe-CdS、CdS-ZnS或CdS-ZnSe核-殼結構量子點；所述核-殼結構量子點粒徑為10~15nm；所述核-殼結構量子點層的厚度為30~60nm，光譜吸收范圍是250~1600nm。

一種核-殼結構量子點寬光譜光電探測器的制備方法，包括以下步驟：

將單晶硅襯底層超聲清洗，吹干備用；

通過熱氧化法在單晶硅襯底層上制備氧化硅絕緣層；

通過增強型化學氣相沉積法在銅箔上面生長石墨烯，生長完畢后腐蝕掉銅箔，將石墨烯薄膜轉移到氧化硅絕緣層上；