[發(fā)明專利]一種石墨烯高靈敏度光電探測器及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011554686.0
• 申請日: 2020-12-24
• 公開（公告）號: CN112701173B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳長鑫;周慶萍;陳志剛;李欣悅;何卓洋;賀志巖
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/028;H01L31/0216;H01L31/0224;H01L31/101;H01L31/18
• 代理公司: 北京國坤專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11491
• 代理人: 王峰剛

1.一種石墨烯高靈敏度光電探測器的制備方法，其特征在于，所述石墨烯高靈敏度光電探測器的制備方法包括以下步驟：

步驟一，于硬性襯底上刻蝕形成凹部，在脆性襯底上刻蝕與形成的凹部形狀相同的凸部；分別對硬性襯底凹部內(nèi)的和脆性襯底凸部的鍵合面進行拋光；

步驟二，將鍵合面放置于去離子水中超聲清洗，在清洗后的鍵合面上涂布鍵合用的液體，將硬性襯底的凹部與脆性襯底的凸部對準(zhǔn)，并將硬性襯底與脆性襯底貼合；

步驟三，在惰性氣體氣氛中在160-200℃退火200-220min，再在500-600℃退火10-20分鐘；對已經(jīng)鍵合的脆性襯底進行離子注入形成缺陷層，對進行離子注入后的已鍵合的襯底進行加熱；

步驟四，保溫直到脆性襯底從所述缺陷層剝離，將脆性襯底的一部分保留在硬性襯底上；對脆性襯底的斷裂面進行拋光，即可得復(fù)合襯底；在制備得到的復(fù)合襯底上于700-800℃下氧化生長隔離層；

步驟五，在隔離層上表面生長第一介質(zhì)層；在所述第一介質(zhì)層與石墨烯接觸電極區(qū)對應(yīng)的區(qū)域和所述隔離層的所述石墨烯接觸電極區(qū)注入硅離子和/或銦離子；在所述第一介質(zhì)層的上表面生長第二介質(zhì)層；在所述第二介質(zhì)層與所述第一區(qū)域?qū)?yīng)的部分的上表面涂覆第二光刻膠層；

步驟六，通過干法刻蝕工藝分別去除所述第一介質(zhì)層和所述第二介質(zhì)層與所述石墨烯接觸電極區(qū)對應(yīng)的部分；通過電子束蒸發(fā)工藝在所述隔離層的上表面蒸發(fā)所述金屬層；去除所述第二光刻膠層；

步驟七，分別去除所述第一介質(zhì)層和所述第二介質(zhì)層與所述石墨烯接觸電極區(qū)對應(yīng)的部分；在所述隔離層的所述石墨烯接觸電極區(qū)的上表面生長金屬層，得到覆蓋石墨烯接觸電極的隔離層；

步驟八，用體積比為1：1的無水乙醇和去離子水混合而成的溶液配置0.125M的維生素C溶液，得到透明反應(yīng)前驅(qū)體溶液；將前驅(qū)體溶液加入到反應(yīng)釜中進行反應(yīng)，得到深褐色產(chǎn)物；

步驟九，向所述深褐色產(chǎn)物中加入二氯甲烷，多次萃取，取上層水溶液并經(jīng)過透析膜進行分離純化，得到碳量子點溶液；將制備好的碳量子點溶液進行超聲分散；通過旋涂的方法在覆蓋石墨烯接觸電極的隔離層上旋涂碳量子點；

步驟十，于銅箔基底上進行石墨烯薄膜的制備，并將制備的石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移覆蓋于碳量子點層的表面；在石墨烯薄膜的表面光刻出反射層圖形，采用電子束蒸發(fā)技術(shù)生長二氧化硅薄膜。

2.如權(quán)利要求1所述的石墨烯高靈敏度光電探測器的制備方法，其特征在于，步驟三中，所述離子為H、He中的一種或多種。

3.如權(quán)利要求1所述的石墨烯高靈敏度光電探測器的制備方法，其特征在于，步驟三中，所述加熱的方法為：從80℃加熱到400℃，升溫速率為每5℃/10min。

4.如權(quán)利要求1所述的石墨烯高靈敏度光電探測器的制備方法，其特征在于，步驟八中，所述將前驅(qū)體溶液加入到反應(yīng)釜中進行反應(yīng)的條件為：設(shè)置反應(yīng)時間為10-12h，反應(yīng)溫度為230-260℃。

5.如權(quán)利要求1所述的石墨烯高靈敏度光電探測器的制備方法，其特征在于，步驟十中，所述于銅箔基底上進行石墨烯薄膜的制備，包括：

(1)利用鹽酸與去離子水中分別清洗銅箔，對經(jīng)過清洗的銅箔進行電化學(xué)拋光；將乙醇作為清洗劑，對經(jīng)過拋光的銅箔進行超聲波清洗；并利用氮氣干燥經(jīng)過超聲波清洗的銅箔；

(2)將銅箔在通有氬氣的化學(xué)氣相淀積管式爐中加熱至預(yù)設(shè)的生長溫度；在銅箔保持在所述生長溫度第一時長之后，向所述管式爐中通入氫氣，對所述銅箔進行恒溫退火處理；

(3)向所述管式爐中通入甲烷；在向所述管式爐中通入甲烷第二時長之后，停止向所述管式爐通入甲烷，并將所述銅箔的溫度降低至預(yù)設(shè)的外延溫度，即可得到石墨烯薄膜。

6.如權(quán)利要求5所述的石墨烯高靈敏度光電探測器的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述恒溫退火處理的方法為：在管式在線退火爐內(nèi)進行退火處理，所述退火溫度為400-600℃，退火時間為0.2-0.6s，保護氣氛為95％N₂和5％H₂。