本发明专利技术公开一种碳化硅/晶体‑锗/石墨烯异质结光电器件及其制造方法，该光电器件包括两电极，两电极之间从上往下依次连接有石墨烯层、晶体锗薄膜层、单晶碳化硅衬底，所述石墨烯层为单原子层厚或者多原子层厚，晶体锗薄膜层的厚度为0.5‑5微米，单晶碳化硅衬底的厚度为100‑400微米。本发明专利技术利用石墨烯的高透过率和高载流子迁移率，Ge对近红外光的高敏感度，与SiC形成新型的SiC基Ge/石墨烯异质结，得到了一种可应用于大功率、高温环境的高速、高响应的近红外光控器件。
【技术实现步骤摘要】
一种碳化硅/晶体-锗/石墨烯异质结光电器件及其制造方法
本专利技术涉及电子产品领域，具体涉及一种碳化硅/晶体-锗/石墨烯异质结光电器件及其制造方法。
技术介绍
伴随着电子产品的广泛应用，电磁环境对电子产品的安全性和可靠性产生的影响和危害不容忽视。电磁干扰使得常规电子系统性能下降，以至无法工作的现象时有发生。采用光电隔离的方式是解决电磁干扰问题的有效途径，这使人们对研制光控开关器件产生了极大兴趣。受硅材料本身物理性能的限制，在高温、高频和大功率应用方面，硅基各类光控开关器件的局限性日渐明显，而碳化硅器件却显露出巨大潜力。但是，由于碳化硅材料禁带宽，致使该碳化硅光开关只能受控于紫外光源，而紫外光不仅对人体有害，也并非常用的近红外通信光源，这使得碳化硅光控开关器件的应用受到了限制。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种碳化硅/晶体-锗/石墨烯异质结光电器件及其制造方法，利用石墨烯的高透过率和高载流子迁移率，Ge对近红外光的高敏感度，与SiC形成新型的SiC基Ge/石墨烯异质结，开发SiC近红外光控开关器件。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种碳化硅/晶体-锗/石墨烯异质结光电器件，包括两电极，两电极之间从上往下依次连接有石墨烯层、晶体锗薄膜层、单晶碳化硅衬底，所述石墨烯层为单原子层厚或者多原子层厚，晶体锗薄膜层的厚度为0.5-5微米，单晶碳化硅衬底的厚度为100-400微米。本专利技术还提供了一种碳化硅/晶体-锗/石墨烯异质结光电器件的制造方法，包括如下步骤：S1、对单晶碳化硅衬底进行标准RCA清洗处理后，用氮气吹干待用；S2、在完成清洗后的单晶碳化硅衬底上通过化学气相沉积制备晶体锗层；S3、利用磁控溅射设备在步骤S2所得的器件的单晶碳化硅面沉积金属电极；沉积时间控制为0.1-2小时，沉积压强为0.1-10Pa，溅射功率为100-500瓦；S4、对步骤S3所得的器件进行快速退火处理，从而使得电极形成欧姆接触；S5、对所述步骤4所得器件置于化学气相沉积设备内，以氢气与氩气作为载气，通入甲烷作为生长源气体，在生长温度为850℃-1050℃，甲烷流量为0.5-20毫升/分的条件下对器件的晶体锗层面进行化学气相沉积，沉积出石墨烯层，生长时间为1-5分钟；S6、利用网版印刷法将金属导线与步骤S5所得器件的正背面的石墨烯层和电极连接形成引出电极。优选地，所述步骤S2具体包括如下步骤：经过清洗处理后的SiC衬底放入低压气相化学沉积设备内，将反应室抽真空，真空度为10-3Pa，然后升温到1050℃左右进行高温氢气清洗；接着降温到600℃-900℃进行Ge的外延生长，以氢气作为载气，通入锗烷作为生长源气体，在生长温度为600℃-900℃，锗烷流量为0.1-100毫升/分的条件下进行晶体锗层的沉积，生长时间控制为0.1-3小时。优选地，所述晶体锗层为薄膜结构。优选地，所述晶体锗层为微纳结构。优选地，所述步骤S4具体包括如下步骤：将步骤S3所得的器件置于快速退火设备内，控制退火温度为800℃-1100℃对器件进行退火处理，退火时间为60秒-600秒。优选地，所述金属电极采用Ni或者Ti。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术通过在SiC上制备Ge/石墨烯异质结结构，结合Ge对近红外光的高敏感性、石墨烯的高透过率和高载流子迁移率，得到可在高温、大功率环境应用的近红外高响应、高速度的SiC基近红外光控器件。附图说明图1为本专利技术实施例一种碳化硅/晶体-锗/石墨烯异质结光电器件的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，本专利技术实施例提供了一种碳化硅/晶体-锗/石墨烯异质结光电器件，包括两电极1，两电极1之间从上往下依次连接有石墨烯层2、晶体锗薄膜层3、单晶碳化硅衬底4，所述石墨烯层2为单原子层厚或者多原子层厚，晶体锗薄膜层3的厚度为0.5-5微米，单晶碳化硅衬底4的厚度为100-400微米。本专利技术还提供了一种碳化硅/晶体-锗/石墨烯异质结光电器件的制造方法，包括如下步骤：S1、对单晶碳化硅衬底进行标准RCA清洗处理后，用氮气吹干待用；S2、经过清洗处理后的SiC衬底放入低压气相化学沉积设备内，将反应室抽真空，真空度为10-3Pa，然后升温到1050℃左右进行高温氢气清洗；接着降温到600℃-900℃进行Ge的外延生长，以氢气作为载气，通入锗烷作为生长源气体，在生长温度为600℃-900℃，锗烷流量为0.1-100毫升/分的条件下进行晶体锗层的沉积，生长时间控制为0.1-3小时；所述晶体锗层可以为薄膜结构，也可以为微纳结构；S3、利用磁控溅射设备在步骤S2所得的器件的单晶碳化硅面沉积金属电极；沉积时间控制为0.1-2小时，沉积压强为0.1-10Pa，溅射功率为100-500瓦；S4、将步骤S3所得的器件置于快速退火设备内，控制退火温度为800℃-1100℃对器件进行退火处理，从而使得电极形成欧姆接触，退火时间为60秒-600秒；S5、对所述步骤4所得器件置于化学气相沉积设备内，以氢气与氩气作为载气，通入甲烷作为生长源气体，在生长温度为850℃-1050℃，甲烷流量为0.5-20毫升/分的条件下对器件的晶体锗层面进行化学气相沉积，沉积出石墨烯层，生长时间为1-5分钟；S6、利用网版印刷法将银导线与步骤S5所得器件的正背面的石墨烯层和电极连接形成引出电极。本具体实施首先提出了在SiC衬底上制备Ge/石墨烯异质结，结合Ge对近红外光的高敏感度，石墨烯高透过率、高载流子迁移率和高热导率等优良材料性能，研发近红外高响应度、高速度的SiC基器件，以实现常规通信光源对SiC功率器件的直接光控。在该器件中，一方面，石墨烯作为近红外光窗口和器件电极的优选材料，用以提高SiC/Ge异质结器件的响应速度和受传统电极材料所限制的光吸收率。鉴于其高热导率，石墨烯也更适用于SiC功率器件的光控领域；另一方面，石墨烯也可以与Ge形成肖特基结，调控SiC基Ge/石墨烯异质结的空间电荷区分布，避免SiC/Ge异质结界面态对器件近红外光电性能的直接影响。Ge薄膜则作为异质结器件中近红外光的主要吸收层，弥补石墨烯材料光吸收率低的缺憾，提高了器件的近红外光响应度。以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种碳化硅/晶体‑锗/石墨烯异质结光电器件，其特征在于，包括两电极(1)，两电极(1)之间从上往下依次连接有石墨烯层(2)、晶体锗薄膜层(3)、单晶碳化硅衬底(4)，所述石墨烯层(2)为单原子层厚或者多原子层厚，晶体锗薄膜层(3)的厚度为0.5‑5微米，单晶碳化硅衬底(4)的厚度为100‑400微米。
【技术特征摘要】
1.一种碳化硅/晶体-锗/石墨烯异质结光电器件，其特征在于，包括两电极(1)，两电极(1)之间从上往下依次连接有石墨烯层(2)、晶体锗薄膜层(3)、单晶碳化硅衬底(4)，所述石墨烯层(2)为单原子层厚或者多原子层厚，晶体锗薄膜层(3)的厚度为0.5-5微米，单晶碳化硅衬底(4)的厚度为100-400微米。2.一种碳化硅/晶体-锗/石墨烯异质结光电器件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、对单晶碳化硅衬底进行标准RCA清洗处理后，用氮气吹干待用；S2、在完成清洗后的单晶碳化硅衬底上通过化学气相沉积制备晶体锗层；S3、利用磁控溅射设备在步骤S2所得的器件的单晶碳化硅面沉积金属电极；沉积时间控制为0.1-2小时，沉积压强为0.1-10Pa，溅射功率为100-500瓦；S4、对步骤S3所得的器件进行快速退火处理，从而使得电极形成欧姆接触；S5、对所述步骤4所得器件置于化学气相沉积设备内，以氢气与氩气作为载气，通入甲烷作为生长源气体，在生长温度为850℃-1050℃，甲烷流量为0.5-20毫升/分的条件下对器件的晶体锗层面进行化学气相沉积，沉积出石墨烯层，生长时间为1-5分钟；S6、利用网版印刷法将金属导线与步骤S5所得器件的正背面的石墨烯层和电极...
【专利技术属性】
技术研发人员：李连碧，臧源，宋立勋，蒲红斌，封先锋，涂喆研，韩雨凌，褚庆，
申请(专利权)人：西安工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61
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