[發明專利]一種石墨烯高靈敏度光電探測器及其制備方法

有效

• 申請號: 202011554686.0
• 申請日: 2020-12-24
• 公開（公告）號: CN112701173B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 陳長鑫;周慶萍;陳志剛;李欣悅;何卓洋;賀志巖
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 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所(普通合伙) 11491
• 代理人: 王峰剛

本發明屬于光電器件技術領域，公開了一種石墨烯高靈敏度光電探測器及其制備方法，所述石墨烯高靈敏度光電探測器包括：復合襯底、隔離層、石墨烯接觸電極、碳量子點、石墨烯薄膜及抗反射層；所述隔離層位于復合襯底；所述電極位于隔離層；所述碳量子點位于電極；所述石墨烯薄膜位于電極；所述石墨烯薄膜表面覆蓋有抗反射層；所述復合襯底由硬質襯底和脆性襯底通過鍵合形成；所述硬質襯底為由二氧化硅構成，所述脆性襯底由InP或Ge構成；所述抗反射層為由二氧化硅組成的透明薄膜。本發明制備的光電探測器超薄、易于大面積集成，靈敏度高，能提高光電探測器的響應速度，在射線測量和探測、工業自動控制、光度量計等領域有著廣泛的應用前景。

技術領域

本發明屬于光電器件技術領域，尤其涉及一種石墨烯高靈敏度光電探測器及其制備方法。

背景技術

目前，光電探測器以光電效應為基礎能把光信號轉換為電信號。光電探測器在軍事和國民經濟的各個領域有廣泛用途。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，在家用電器方面可用于電視機、手機背光調節，感應照明工具節能控制等。

常規的半導體光電探測器存在響應度低、響應時間慢、探測靈敏度低等問題。例如，基于硅，砷化鎵，銦鎵砷等半導體材料的傳統光電探測器普遍存在響應波段窄，響應靈敏度不夠高等問題。因此，亟需一種新的石墨烯高靈敏度光電探測器及其制備方法。

通過上述分析，現有技術存在的問題及缺陷為：現有光電探測器響應度低、響應時間慢、探測靈敏度低。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供了一種石墨烯高靈敏度光電探測器及其制備方法。

本發明是這樣實現的，一種石墨烯高靈敏度光電探測器的制備方法，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，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，即可得所述復合襯底；在制備得到的復合襯底上于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層；在所述第一介質層與石墨烯接觸電極區對應的區域和所述隔離層的所述石墨烯接觸電極區注入硅離子和/或銦離子；在所述第一介質層的上表面生長第二介質層；在所述第二介質層與所述第一區域對應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層和所述第二介質層與所述石墨烯接觸電極區對應的部分；通過電子束蒸發工藝在所述隔離層的上表面蒸發所述金屬層；去除所述第二光刻膠層；

步驟七，分別去除所述第一介質層和所述第二介質層與所述石墨烯接觸電極區對應的部分；在所述隔離層的所述石墨烯接觸電極區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，得到透明反應前驅體溶液；將前驅體溶液加入到反應釜中進行反應，得到深褐色產物；

步驟九，向所述深褐色產物中加入二氯甲烷，多次萃取，取上層水溶液并經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；