一种石墨烯光电探测器制造技术

本发明专利技术公开了一种光电探测器，该探测器由硅肖特基结探测电路与自支撑纳米石墨烯光吸收膜共同组成。该自支撑石墨烯膜由众多石墨烯片通过物理交联组成。石墨烯膜厚度很小，并且内部结构完美，仅存在极少的缺陷，因此具有极高的载流子迁移率、透明度以及柔性。

A graphene photodetector

The invention discloses a photoelectric detector which is composed of a silicon Schottky junction detection circuit and a self-supporting nano-graphene light absorption film. The self-supporting graphene film is composed of many graphene sheets by physical crosslinking. Graphene films have very small thickness, perfect internal structure and few defects, so they have very high carrier mobility, transparency and flexibility.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯光电探测器
本专利技术涉及高性能器件，尤其涉及一种石墨烯光电探测器。
技术介绍
宏观组装氧化石墨烯或者石墨烯纳米片的石墨烯膜是纳米级石墨烯的主要应用形式，常用的制备方法是抽滤法、刮膜法、旋涂法、喷涂法和浸涂法等。通过进一步的高温处理，能够修补石墨烯的缺陷，能够有效的提高石墨烯膜的导电性和吸光特性，可以广泛应用于智能手机、智能随身硬件、平板电脑、笔记本电脑、光电器件等应用。但是目前，目前石墨烯基的光电探测器主要分为两类：氧化石墨烯热致载流子光电探测器；石墨烯光致载流子探测器。其中纯石墨烯基光致载流子探测器又有很多设计类型。但是他们都存在三个共同的缺陷：其一，单层石墨烯吸光率只有2.3％；其二，石墨烯带隙为0，光致载流子复合速度很快，不能高效的分离；其三，石墨烯电导率很高，暗电流过高。为此我们以氧化石墨烯为基础，在石墨烯膜中引入缺陷，希望能少量打开石墨烯膜的带隙；边缘缺陷同时降低了石墨烯的电导率，降低暗电流；多层石墨烯的构建，增加了光的吸收度，增强光电效应；最重要的是，石墨烯膜具有厘米级的尺寸，区别于以往的微米级别探测器，具有更强的环境适应性。另外，石墨烯膜较厚，可以探测波段更宽。此方法制备的石墨烯膜探测器，为光电探测设计打开了新的大门。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种石墨烯光电探测器。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种石墨烯光电探测器，包括硅肖特基结和覆盖于所述硅肖特基结的自支撑石墨烯膜，所述自支撑石墨烯膜通过以下方法得到：(1)将氧化石墨烯配制成浓度为0.5-10ug/mL氧化石墨烯水溶液，以AAO膜为基底抽滤成膜。(2)将贴附于AAO的氧化石墨烯膜置于密闭容器中，在80-100℃下从底部往上熏蒸HI蒸汽0.1-1h。(3)用蒸镀、流延等方法将融化的固体转移剂均匀涂敷在还原氧化石墨烯膜表面，并于室温下自然冷却，直到基底膜自然脱落。(4)将上述得到的固体转移剂支撑的石墨烯膜在固体转移剂挥发的温度下挥发掉固体转移剂，得到独立自支撑的石墨烯膜。(5)将上述独立自支撑石墨烯膜放入3000摄氏度高温炉中处理，修复石墨烯膜结构，去除内部缺陷。进一步地，所述的固体转移剂，选自如下物质，例如石蜡、萘、三氧化二砷、樟脑、硫、降冰片烯、松香等可在某种条件下升华或者挥发的不溶于水的小分子固态物质。进一步地，所述的固体转移剂的升华温度要控制在320度以下；升华压力以及环境含氧量根据物性而定。进一步地，所述步骤5中的升温过程如下：0-2000摄氏度，5-20摄氏度每分钟；2000-3000摄氏度，2-5摄氏度每分钟。进一步地，还包括对步骤5处理后的石墨烯膜进行溴掺杂处理，具体为：将石墨烯膜和一定量的液溴置于同一密封的容器中，其中液溴的量m与容器容积v满足：m/v＝1g/L，然后将整个容器用液氮冰冻后抽真空直至将空气完全抽除。室温(20-30℃)下自然解冻后放入30-40摄氏度的烘箱中加热12-24小时，得到溴掺杂的自支撑石墨烯膜。进一步地，所述光电探测器的响应度为40-1000mA/W，响应波长范围为0.3-20um。本专利技术的有益效果在于：本专利技术首先通过抽滤的方式，控制石墨烯膜的厚度；其次，通过固相转移的方式实现独立自支撑石墨烯膜的制备；再者，通过高温烧结的方式，恢复石墨烯膜的规整完美结晶结构；最后将石墨烯膜转移到石墨烯硅肖基结上，通过可调的窗口大小，来控制载流子的声子以及传输的稳定性。所述光电探测器的响应度为1-24A/W，响应波长范围为0.3-20um。附图说明图1为实施例1制备的溴掺杂石墨烯膜的实物图；图2为实施例2制备的溴掺杂石墨烯膜拉曼图。图3为实施例2制备的溴掺杂石墨烯膜的xps图；图4为不同溴掺杂量的石墨烯膜的电导率。图5为纳米厚宏观石墨烯光电探测模型图。图6和7为纳米厚宏观石墨烯光电探测实物图。图8为实施例1的光电探测在375nm波长的探测信号。图9为实施例1制备的石墨烯膜的原子力显微镜图。具体实施方式目前常用技术中一般的固体转移剂为高分子，因为其具有易操作，易贴合的特性，而且通过溶液刻蚀或者高温烧结即可去除。但是溶液刻蚀时表面张力会撕裂石墨烯膜，从溶液中取出时还必须有基底支撑。溶液的存在使得石墨烯膜不能独自自支撑存在，只能贴合在基地表面。高温烧结会使得石墨烯膜收缩，不能维持石墨烯本身的形貌，而且也会使得石墨烯与基底贴合。本专利技术通过使用表面张力，脱除基底；并用易升华固态转移剂，使得纳米级石墨烯膜可以在空气中独自自支撑。在此过程中，根据升华的原理去除固态转移剂，不存在表面张力的问题，因此石墨烯膜不会与基底相互黏连。石墨基底承载着石墨烯膜，辅助石墨烯膜完成3000度的高温退火。所得到的石墨烯膜厚度可控，石墨烯高度取向，片层内几乎没有缺陷，片层间由AB堆叠为主，所有这些结构为石墨烯膜的优异性能打下了基础。根据石墨烯膜的厚度，该石墨烯膜有一定的透明性，厚度越小，透明性越好，这无疑扩展了石墨烯膜的潜在应用。下面结合实施例对本专利技术进一步说明。实施例1：(1)将氧化石墨烯配制成浓度为1ug/mL氧化石墨烯水溶液，以AAO膜为基底抽滤成膜。(2)将贴附于AAO的氧化石墨烯膜置于密闭容器中，90度HI高温从底部往上熏蒸0.3h。(3)用流延的方法将融化的固体转移剂松香均匀涂敷在还原氧化石墨烯膜表面，并于室温下缓慢冷却，直到基底膜自然脱落。(4)将上述得到的固体转移剂支撑的石墨烯膜在80摄氏度下缓慢挥发掉固体转移剂，得到独立自支撑的石墨烯膜。(5)将上述独立自支撑石墨烯膜放入3000摄氏度高温炉中处理，修复石墨烯膜结构，去除内部缺陷。升温方式为：2000摄氏度以下，15摄氏度每分钟；2000-3000摄氏度，2摄氏度每分钟。通过原子力扫描测试，该石墨烯膜厚度为40nm左右，如图9所示；从图1的实物图可以看出，该石墨烯膜完全可以自支撑。测试表明，其电导率为1.78MS/m。(6)将步骤5制备得到的溴掺杂石墨烯膜覆盖于硅肖特基结上，得到光电探测器件。该探测器在0.3-20um的波长范围内均具有高度响应，对于0.5*0.5mm2的肖特基结，在375nm处响应度为24A/W，如图8所示。此外，经试验证明，在厚度40nm以内，随着石墨烯膜的厚度的降低，其光吸收度减少，响应度有所降低。但是，当超过40nm，随着厚度增加，一方面光吸收度几乎饱和，另一方面大大提高了光生载流子的复合几率，使得光生载流子总量降低。而且，随着厚度的增加，石墨烯膜内会逐渐形成气孔结构，不利于光生载流子的有效分离。因此，响应度有所降低。实施例2：(1)将氧化石墨烯配制成浓度为0.5ug/mL氧化石墨烯水溶液，以AAO膜为基底抽滤成膜。(2)将贴附于AAO的氧化石墨烯膜置于密闭容器中，80-100度HI高温从底部往上熏蒸0.1h。(3)用蒸镀的方法将融化的固体转移剂樟脑均匀涂敷在还原氧化石墨烯膜表面，并于室温下缓慢冷却，直到基底膜自然脱落。(4)将上述得到的固体转移剂支撑的石墨烯膜在80℃下缓慢挥发掉固体转移剂，得到独立自支撑的石墨烯膜。(5)将上述独立自支撑石墨烯膜放入3000摄氏度高温炉中处理，修复石墨烯膜结构，去除内部缺陷。升温方式为：2000摄氏度以下，20摄氏度每分钟；2000-3000摄氏度，5摄氏度每分钟(6)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯光电探测器，其特征在于，包括硅肖特基结和覆盖于所述硅肖特基结的自支撑石墨烯膜，所述自支撑石墨烯膜通过以下方法得到：(1)将氧化石墨烯配制成浓度为0.5‑10ug/mL氧化石墨烯水溶液，以AAO膜为基底抽滤成膜。(2)将贴附于AAO的氧化石墨烯膜置于密闭容器中，在80‑100℃下从底部往上熏蒸HI蒸汽0.1‑1h。(3)将融化的固体转移剂均匀涂敷在还原氧化石墨烯膜表面，并于室温下自然冷却，直到基底膜自然脱落。(4)将上述得到的固体转移剂支撑的石墨烯膜在固体转移剂挥发的温度下挥发掉固体转移剂，得到独立自支撑的石墨烯膜。(5)将上述独立自支撑石墨烯膜放入3000摄氏度高温炉中处理，修复石墨烯膜结构，去除内部缺陷。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯光电探测器，其特征在于，包括硅肖特基结和覆盖于所述硅肖特基结的自支撑石墨烯膜，所述自支撑石墨烯膜通过以下方法得到：(1)将氧化石墨烯配制成浓度为0.5-10ug/mL氧化石墨烯水溶液，以AAO膜为基底抽滤成膜。(2)将贴附于AAO的氧化石墨烯膜置于密闭容器中，在80-100℃下从底部往上熏蒸HI蒸汽0.1-1h。(3)将融化的固体转移剂均匀涂敷在还原氧化石墨烯膜表面，并于室温下自然冷却，直到基底膜自然脱落。(4)将上述得到的固体转移剂支撑的石墨烯膜在固体转移剂挥发的温度下挥发掉固体转移剂，得到独立自支撑的石墨烯膜。(5)将上述独立自支撑石墨烯膜放入3000摄氏度高温炉中处理，修复石墨烯膜结构，去除内部缺陷。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的固体转移剂，选自如下物质，例如石蜡、萘、三氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：高超，彭蠡，许震，郭燕，
申请(专利权)人：杭州高烯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33