一种基于柔性石墨烯的光电探测装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及光电探测领域，具体提供了一种基于柔性石墨烯的光电探测装置，该装置由上到下依次包括：电极部和碳量子点颗粒、石墨烯薄膜、金属层、基底部。金属层为弯曲状，石墨烯薄膜与金属层贴合，电极部包括两个电极，两个电极分别固定设置于石墨烯薄膜的两端，碳量子点颗粒分布于两个电极之间，且与两个电极均不接触。本申请使用碳量子点颗粒为吸收物质，利用其对可见光的强吸收特性，本发明专利技术光电探测装置能够探测可见光波段的光信号。碳量子点颗粒取材多样，且制备简单，本发明专利技术光电探测装置的成本较低。弯曲状的石墨烯薄膜的峰、谷处的电场强度更强，能够快速分离更多的光生电子空穴对，最终使得电阻变化更大，本申请光电探测器的灵敏度更高。的灵敏度更高。的灵敏度更高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于柔性石墨烯的光电探测装置


[0001]本专利技术涉及光电探测领域，具体涉及一种基于柔性石墨烯的光电探测装置。

技术介绍

[0002]光电探测装置是一种将光照转化为电流、电压等电信号的装置，通过探测到的电信号的变化，得到光照的变化，是光电转化技术中不可缺少的一部分。光电探测装置普遍应用于军事、化工、生物监测等领域，几乎无处不在，成为技术发展的重要部分。
[0003]现有的光电探测装置的种类较多，根据器件对辐射响应的方式不同或者说器件工作的机理不同，分为光子探测器和光热探测器。由于是利用光产生的热量引起电阻的改变探测光信号，光热探测器的响应速度较慢，探测的灵敏度较差，而光子探测器的灵敏度和响应速度较高。
[0004]一般来说，光子探测器的探测过程分为吸收、分离、传输三个过程。吸收物质吸收待测光信号的光子，产生光生电子空穴对，光生电子空穴对分离后的电子经过传输过程进入外电路，引起外电路电信号的变化。从而通过外电路电信号的变化达到探测光信号的目的。但是，现有的光子探测器存在以下问题：光电探测装置仅仅针对某一特定波长范围的光辐照灵敏，探测不同波段的光辐照时需要使用不同的光电探测装置；光子探测器的价格普遍较高；由于光生电子空穴对的分离效率较低，且未对传输过程进行改进，导致光子探测器的灵敏度难以进一步提升。
[0005]综上所述，现有的光电探测装置的吸收波段单一、成本较高、灵敏度难以进一步提升。

技术实现思路

[0006]为解决以上问题，本专利技术提供了一种基于柔性石墨烯的光电探测装置，本专利技术的技术构思是：吸收物质采用碳量子点颗粒，碳量子点颗粒对可见光具有较强的吸收，因此本专利技术光电探测装置对可见光波段的待测光信号均有加强的响应，即能够探测宽波段的待测光信号。碳量子点颗粒取材方便，且制备方法简单，能够有效降低本申请光电探测装置的成本，同时由于本专利技术光电探测装置能够探测宽波段的待测光信号，进一步降低了使用成本，即本申请光电探测装置的成本较低。石墨烯薄膜以及支撑石墨薄膜的金属层设置为弯曲状，一方面表面积增大，能够设置更多的碳量子点颗粒，对待测光信号的利用率更高，光电探测装置的光电响应更强，灵敏度更高；另一方面，弯曲状的石墨烯薄膜内的电场不均匀分布，由于弯曲状的峰、谷处曲率更大，使得石墨烯薄膜的峰、谷处的电场强度更强，这样对碳量子点颗粒内生成的光生电子空穴对的分离效果更好，能够快速分离更多的光生电子空穴对，使得本申请光电探测器的灵敏度更高。金属层除了支撑石墨烯薄膜，还参与电子的传输过程，并联的石墨烯薄膜和金属层共同传输电子，并联的电阻小于其中最小的电阻值，这样在待测光信号的作用下，本申请光电探测器的电阻变化的下限更小，因此提升探测的量程，同时，使得电阻的改变更大，金属层中的载流子浓度更大，其内电子分布的改变更加迅速，
因此，本申请光电探测装置的灵敏度较高。所以，本申请光电探测装置的吸收波段较宽、成本较低、灵敏度较高。
[0007]本专利技术提供了一种基于柔性石墨烯的光电探测装置，该光电探测装置由下到上依次包括：基底部、金属层、石墨烯薄膜、电极部和碳量子点颗粒。基底部的材料为硅或氮化硅，用于支撑其他部件。基底部的一侧固定设置有金属层，金属层沿基底所在平面的投影面积与基底部相同，金属层的材料为铜，金属层是不平整的，金属层是弯曲状的，金属层弯曲的起伏和峰谷的间距为几十纳米到百微米，这样的弯曲程度既方便制备又能够使得金属层有明显的弯曲趋势，从而使得其上的石墨烯薄膜弯曲。金属层远离基底部一侧固定设置有石墨烯薄膜，石墨烯薄膜与金属层之间紧密接触，石墨烯薄膜同样是弯曲的，且弯曲状与金属层可以完全一致也不完全一致，具体地，石墨烯薄膜与金属层的弯曲状完全一致，石墨烯薄膜与金属层紧密接触，完全贴合，这样方便制备，且二者之间的接触电阻最小，有利于提升探测结果的准确度；石墨烯薄膜与金属层的弯曲状不完全一致，优选地，在金属层谷的位置处，石墨烯薄膜和金属层之间形成微纳米量级的空气间隙，更具体地，空气间隙为10
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100nm，由于空气间隙不导电，电子沿空气间隙的四周分布，这使得电子的分布的变化更大，同时间隙处形成谐振腔，将透射过碳量子点颗粒的待测光和碳量子点颗粒产生的荧光局域在空气间隙内，多次振荡，使得空气间隙周围的电子分布的改变更大，从而电阻的变化更大，本专利技术光电探测装置的灵敏度较高。具体地，金属层和石墨烯薄膜通过化学气相沉积法得到，金属层为石墨烯薄膜生长过程的基底，这样金属层和石墨烯薄膜之间的接触更加紧密，接触电阻较小，探测结果较准确。石墨烯薄膜远离金属层一侧固定设置有电极部和碳量子点颗粒，电极部包括两个电极，分别固定设置于石墨烯薄膜的两端，利用蒸镀、光刻等技术制备；碳量子点颗粒固定设置于石墨烯薄膜远离金属层一侧的两个电极之间，利用滴涂或旋涂的方式制备。更具体地，电极的材料可以为Ni、Fe、Pb、Pt、Hg、Au、Pt
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Au等；碳量子点颗粒的粒径为2
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100nm，碳量子点颗粒2的间距为0
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50nm。
[0008]更进一步地，石墨烯薄膜曲率较大的峰谷处的碳量子点颗粒中掺杂贵金属颗粒，材料为金或银，形状为球体，粒径与碳量子点颗粒的量级相同。这样，待测光照射下，贵金属颗粒的表面产生局域表面等离激元效应，光场能量局域在贵金属颗粒表面，强电场作用下，碳量子点颗粒中的光生电子空穴对的分离速度更快，装置的光电响应更快，灵敏度更高。
[0009]更进一步地，金属层靠近石墨烯薄膜一侧，设置有金属微纳结构，金属微纳结构的材料为金或银，金属微纳结构的形状为矩形，排布方式为与金属层贴合的周期排布，金属微纳结构尺寸为20
‑
300nm，金属微纳结构的尺寸小于弯曲状金属层的起伏，这样才能够使得金属微纳结构与波浪形的金属层贴合。待测光或碳量子点颗粒的荧光的作用下，金属微纳结构的表面产生表面等离极化激元，周围产生强电场，使得石墨烯薄膜和金属层内的电子分布的改变更大，从而电阻的变化更大，本专利技术装置的灵敏度更高。同时，贵金属颗粒的局域表面等离激元和金属微纳结构表面等离极化激元之间相互耦合，使得本专利技术装置的灵敏度进一步提高。
[0010]本专利技术的有益效果：本专利技术光电探测装置中，使用碳量子点颗粒为吸收物质，利用其强吸收特性和荧光特性，提升对待测光信号的利用率，同时使得本专利技术光电探测装置能够探测可见光波段的光信号。同时，由于碳量子点颗粒取材多样，且制备简单，本专利技术光电探测装置的成本较低。采用弯曲状的石墨烯薄膜，增大表面积，使得其上能够设置更多的碳
量子点，增强对待测光信号的利用率，光电探测装置的光电响应更强，灵敏度更高；同时，弯曲状的石墨烯薄膜内的电场不均匀分布，石墨烯薄膜的峰、谷处的电场强度更强，这样对光生电子空穴对的分离效果更好，能够快速分离更多的光生电子空穴对，使得本申请光电探测器的灵敏度更高。并联的石墨烯薄膜和金属层共同传输电子，并联的电阻小于其中最小的电阻值，这样在待测光信号的作用下，本申请光电探测器的电阻变化的下限更小，这使得待测光信号作用时，本申本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于柔性石墨烯的光电探测装置，其特征在于，所述装置包括电极部、碳量子点颗粒、石墨烯薄膜、金属层、基底部，所述金属层固定设置于所述基底部的一侧，所述金属层不平整，为弯曲状，所述石墨烯薄膜固定设置于所述金属层远离所述基底部一侧，所述石墨烯薄膜与所述金属层贴合，所述电极部和所述碳量子点颗粒固定设置于所述石墨烯薄膜远离所述金属层一侧，所述电极部包括两个电极，所述两个电极分别固定设置于所述石墨烯薄膜的两端，所述碳量子点颗粒分布于所述两个电极之间，且与所述两个电极均不接触。2.如权利要求1所述的基于柔性石墨烯的光电探测装置，其特征在于：所述石墨烯薄膜通过化学气相沉积法制备，且所述金属层为所述制备过程中的生长基底。3.如权利要求2所述的基于柔性石墨烯的光电探测装置，其特征在于：所述石墨烯薄膜为单层石墨烯。4.如权利要求3所述的基于柔性石墨烯的光电探测装置，其特征在于：所述金属层和所述石墨烯薄膜弯曲的高度起伏为微纳米量...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨雯，郭江涛，杨培志，葛文，邓书康，王前进，
申请(专利权)人：云南师范大学，
类型：发明
国别省市：