一種石墨烯/磷化銦光電探測器及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種光電探測器及其制備方法，尤其是一種石墨烯/磷化銦光電探測器及其制備方法，屬于光電器件技術領域。
【背景技術】
[0002]石墨烯二維原子材料在2004年首次被發現并制備出來以后，更多的研宄表明石墨烯材料具有優異的電學、光學和機械性質，如極高的載流子迀移率、很寬波長范圍內的光響應、高的楊氏模量和柔韌性等。這些獨特的性質使石墨烯有可能廣泛地應用于光電子技術領域，包括光電探測器、太陽電池等。近年來，不少研宄者進行石墨烯光探測器的應用研宄，它的優勢是可以實現超快和較寬波段的光譜響應。但由于石墨烯只有原子尺寸的厚度，吸收的光比較少(~2.3%)，影響了光探測的響應度。尋找合適的材料與石墨烯結合或設計新的結構，增強其光探測響應，是研宄和應用的重點。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提供一種響應度高，制備工藝簡單的石墨烯/磷化銦光電探測器及其制備方法。
[0004]本發明的石墨烯/磷化銦光電探測器可以采用如下兩種技術方案實現:
技術方案一
本發明的石墨烯/磷化銦光電探測器，自下而上依次有P型或η型摻雜的磷化銦層、石墨稀層和表面電極；
制備該光電探測器的方法是:將石墨烯轉移至潔凈的P型或η型摻雜磷化銦片上獲得石墨烯層，再在石墨烯層上制作表面電極。
[0005]技術方案二
本發明的石墨烯/磷化銦光電探測器，自下而上依次有P型或η型摻雜的磷化銦層、絕緣層和表面電極，絕緣層面積占磷化銦層面積的5-90%，表面電極面積小于絕緣層面積，所述的光電探測器還設有石墨烯層，石墨烯層設置在磷化銦層上，并與表面電極接觸。
[0006]制備該光電探測器的方法是:在潔凈的P型或η型摻雜磷化銦片上生長絕緣層，并預留制作石墨烯層的面積，再在上述絕緣層上制作表面電極，最后將石墨烯轉移至上述預留面積處，并使石墨烯與表面電極相接觸。
[0007]本技術方案中，所述的絕緣層可以是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化鋁或者氮化硼，其厚度通常為l_200nm。
[0008]上述兩種技術方案中，所述的石墨烯層中石墨烯通常為I層至10層。
[0009]所述的表面電極通常為金、鈀、銀、鈦、鉻、鎳、鉑和鋁中的一種或者幾種的復合電極。
[0010]傳統的體半導體材料，尤其是II1-V族化合物半導體，具有優異的光電性質。石墨烯與半導體材料結合，若兩者的費米能級存在較大差異，可形成肖特基結。光照下，光子主要由半導體材料吸收并產生電子空穴對，在結勢皇的作用下，電子或空穴注入石墨烯內。石墨烯內載流子數量隨之發生變化，其電阻率也會改變。外界光強發生變化，注入的電子或空穴濃度也改變。石墨烯的電阻值變化即可反映對外界光照的探測響應情況。
[0011]此外，石墨稀的費米能級可以通過摻雜或外加電壓調節，肖特基的勢皇也相應改變，器件的光電探測性能也可進行調節。在II1- V族化合物半導體中，磷化銦是直接帶隙材料，其禁帶寬度最接近于太陽光譜能量的最優值(1.34ev),具有良好的光譜吸收和響應。
[0012]綜上所述，本發明具有的有益效果是:與傳統的光電探測器相比，本發明的石墨烯/磷化銦光電探測器利用石墨烯的高載流子迀移率和良好的光電響應及磷化銦優異光電性質，具有更好的光吸收及光探測響應性能；且其制備工藝簡單，易于實現。
【附圖說明】
[0013]圖1為石墨烯/磷化銦光電探測器的一種結構的示意圖；
圖2為石墨烯/磷化銦光電探測器的另一種結構的示意圖；
圖3為實施例1制得的石墨烯/磷化銦光電探測器在光開關狀態下的電流變化曲線。
【具體實施方式】
[0014]以下結合附圖和具體實施例對本發明做進一步說明。
[0015]參照圖1，本發明的石墨烯/磷化銦光電探測器，自下而上依次有P型或η型摻雜的磷化銦層1、石墨烯層2和表面電極3 ;或者如圖2所示，自下而上依次有P型或η型摻雜的磷化銦層1、絕緣層4和表面電極3，絕緣層4面積占磷化銦層I面積的5-90%，表面電極3面積小于絕緣層4面積，所述的光電探測器還設有石墨烯層2，石墨烯層2設置在磷化銦層I上，并與表面電極3接觸。
[0016]實施例1
1)將P型磷化銦片樣品先后浸入丙酮、異丙醇溶液中進行表面清洗；
2)將單層石墨烯轉移至經過清洗的磷化銦片上；
3)在石墨烯上利用熱蒸發工藝沉積10nm金電極，得到石墨烯/磷化銦光電探測器。
[0017]在兩個表面電極間加電壓，通過測試光電探測器在不同光照下電流的變化，可反應出其對不同光譜和光強的響應。圖3即對本例制得的光電探測器加5V電壓時，在不加光照和I個標準太陽光光照下間隔連續測試的電流值變化曲線，可以看出本例制得的光電探測器光響應靈敏，響應度高。
[0018]實施例2
1)將η型磷化銦片先后浸入丙酮、異丙醇溶液中進行表面清洗；
2)將10層石墨烯轉移至經過清洗的磷化銦片上；
3)在石墨烯上利用熱蒸發工藝沉積200nm鎳/金電極，得到石墨烯/磷化銦光電探測器。
[0019]實施例3
1)將η型磷化銦片先后浸入丙酮、異丙醇溶液中進行表面清洗；
2)將3層石墨烯轉移至經過清洗的磷化銦片上；
3)在石墨稀上絲網印刷500nm銀電極，得到石墨稀/磷化銦光電探測器。
[0020]實施例4
1)將P型磷化銦片先后浸入丙酮、異丙醇溶液中進行表面清洗；
2)將6層石墨烯轉移至經過清洗的磷化銦片上；
3)在石墨烯上磁控濺射20nm鈦/鎳電極，得到石墨烯/磷化銦光電探測器。
[0021]實施例5
1)將P型磷化銦片先后浸入丙酮、異丙醇溶液中進行表面清洗；
2)在磷化銦片上掩膜電子束蒸發沉積氧化硅80nm，其在磷化銦表面覆蓋面積比例為
5% ；
3)在氧化娃上電子束蒸發沉積40nm金電極，金電極面積小于氧化娃面積；
4)將單層石墨烯轉移至經過蒸發電極的磷化銦片上，且石墨烯與金電極相接觸，得到石墨烯/磷化銦光電探測器。
[0022]實施例6
1)將η型磷化銦片先后浸入丙酮、異丙醇溶液中進行表面清洗；
2)在磷化銦片上掩膜電子束蒸發沉積氮化硅lnm，其在磷化銦表面覆蓋面積比例為
80% ；
3)在氮化硅上電子束蒸發沉積20nm銀電極，銀電極面積小于氮化硅面積；
4)將8層石墨烯轉移至經過蒸發電極的磷化銦片上，且石墨烯與銀電極相接觸，得到石墨烯/磷化銦光電探測器。
[0023]實施例7
1)將P型磷化銦片先后浸入丙酮、異丙醇溶液中進行表面清洗；
2)在磷化銦片上掩膜電子束蒸發沉積氧化鋁200nm，其在磷化銦表面覆蓋面積比例為
90% ；
3)在氧化鋁上電子束蒸發沉積40nm金/鈀電極，金/鈀電極的面積小于氧化鋁的面積；
4)將3層石墨烯轉移至經過蒸發電極的磷化銦片上，且石墨烯與金/鈀電極相接觸，得到石墨烯/磷化銦光電探測器。
【主權項】
1.一種石墨烯/磷化銦光電探測器，其特征在于自下而上依次有P型或η型摻雜的磷化銦層(1)、石墨烯層(2)和表面電極(3);或者自下而上依次有P型或η型摻雜的磷化銦層(I)、絕緣層(4)和表面電極(3 )，絕緣層(4)面積占磷化銦層(I)面積的5-90%，表面電極(3)面積小于絕緣層(4)面積，所述的光電探測器還設有石墨烯層(2)，石墨烯層(2)設置在磷化銦層(I)上，并與表面電極(3 )接觸。
2.根據權利要求1所述的石墨烯/磷化銦光電探測器，其特征在于所述的石墨烯層(2)中石墨稀為I層至10層。
3.根據權利要求1所述的石墨烯/磷化銦光電探測器，其特征在于所述的絕緣層(4)是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化鋁或者氮化硼。
4.根據權利要求1所述的石墨烯/磷化銦光電探測器，其特征在于所述的絕緣層(4)的厚度為l_200nm。
5.根據權利要求1所述的石墨烯/磷化銦光電探測器，其特征在于所述的表面電極(3)為金、鈀、銀、鈦、鉻、鎳、鉑和鋁中的一種或者幾種的復合電極。
6.制備如權利要求1-5任一項所述的石墨烯/磷化銦光電探測器的方法，其特征在于包括如下步驟: 將石墨烯轉移至潔凈的P型或η型摻雜磷化銦片(I)上獲得石墨烯層(2)，再在石墨烯層(2)上制作表面電極(3)； 或者在潔凈的P型或η型摻雜磷化銦片(I)上生長絕緣層(4)，并預留制作石墨烯層(2)的面積，再在上述絕緣層(4)上制作表面電極(3)，最后將石墨烯轉移至上述預留面積處，并使石墨稀與表面電極(3)相接觸。
【專利摘要】本發明公開了一種石墨烯/磷化銦光電探測器，自下而上依次有磷化銦層、石墨烯層和表面電極；或者自下而上依次有磷化銦層、絕緣層和表面電極，還設有石墨烯層，石墨烯層設置在磷化銦層上，并與表面電極接觸。制備該光電探測器的方法是：將石墨烯轉移至潔凈的磷化銦片上，再在石墨烯層上制作表面電極；或者在潔凈的磷化銦片上生長絕緣層，再在上述絕緣層上制作表面電極，最后將石墨烯轉移至磷化銦上，并使石墨烯與表面電極相接觸。本發明的石墨烯/磷化銦光電探測器利用石墨烯材料的高載流子遷移率和良好的光電響應，結合磷化銦優異的半導體光電性質，光響應靈敏，響應度高，且制備工藝簡單。
【IPC分類】H01L31-18, H01L31-09
【公開號】CN104779315
【申請號】CN201510162728
【發明人】林時勝, 王朋, 李曉強, 章盛嬌, 徐志娟, 吳志乾, 徐文麗, 陳紅勝, 駱季奎, 李爾平
【申請人】浙江大學
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年4月8日