石墨烯红外探测器制造技术

本公开提供一种石墨烯红外探测器，包括：衬底；介质层，形成于衬底上；源电极和漏电极，从介质层的表面延伸至介质层中，其中，源电极与漏电极之间在结构上不对称；石墨烯，形成于介质层、源电极和漏电极的表面；红外敏感半导体薄膜，形成于石墨烯上。该石墨烯红外探测器通过设置非对称电极结构，可实现石墨烯红外探测器零偏压工作，在石墨烯表面引入红外敏感半导体薄膜，可以作为增敏层，提高石墨烯红外探测器的光响应度，解决了石墨烯红外探测器存在的暗电流大、响应度低的技术问题。响应度低的技术问题。响应度低的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
石墨烯红外探测器


[0001]本公开涉及光电传感器
，尤其涉及一种石墨烯红外探测器。

技术介绍

[0002]光电探测器是一种实现光电转换及光信息获取的器件，被广泛应用于光电传感
石墨烯因具有优良的光电特性，具有超高的载流子迁移率，适合制作高速光电探测器。然而，石墨烯只有单层原子，对光的吸收较弱，并且，石墨烯没有带隙，在有偏压的作用下，会产生巨大的暗电流，进而会影响石墨烯光电探测器的探测性能。

技术实现思路

[0003]鉴于上述技术问题，本公开一方面提供一种石墨烯红外探测器，包括：衬底；介质层，形成于衬底上；源电极和漏电极，从介质层的表面延伸至介质层中，其中，源电极与漏电极之间在结构上不对称；石墨烯，形成于介质层、源电极和漏电极的表面；红外敏感半导体薄膜，形成于石墨烯上。
[0004]根据本公开实施例，漏电极为环形结构电极，源电极为柱状结构电极，柱状结构电极设于环形结构电极的环内。
[0005]根据本公开实施例，源电极和漏电极均为三层电极结构。
[0006]根据本公开实施例，源电极和漏电极靠近衬底的底层为由钛或铬构成的粘附层，中间层为由铝或铜构成的金属层，靠近石墨烯的顶层为由金构成的金属层。
[0007]根据本公开实施例，底层的厚度为1
‑
10nm，中间层的厚度为10
‑
1000nm，顶层的厚度为1
‑
100nm。
[0008]根据本公开实施例，源电极与漏电极之间的距离为0.1
‑
>10μm，源电极的直径为100
‑
1000nm，漏电极的圆环的宽度为100
‑
2000nm。
[0009]根据本公开实施例，源电极和漏电极的表面与介质层的表面形成完整平坦的表面，整平坦的表面的粗糙度不高于1nm。
[0010]根据本公开实施例，红外敏感半导体薄膜包括硫化铅量子点薄膜或碲镉汞薄膜或窄带隙半导体材料薄膜。
[0011]根据本公开实施例，红外敏感半导体薄膜的厚度为10
‑
100nm。
[0012]根据本公开实施例，石墨烯为单层石墨烯。
[0013]根据本公开实施例，衬底为石英衬底或塑料聚对苯二甲酸乙二醇酯衬底或经过抛光处理的CMOS芯片。
[0014]根据本公开实施例，衬底表面的粗糙度小于1nm。
[0015]根据本公开实施例，石墨烯红外探测器还包括：介质保护层，形成于红外敏感半导体薄膜上。
[0016]根据本公开实施例，介质保护层的材料为聚对二甲苯、氧化铝、氧化铪、氧化硅、氮化硅中的其中之一。
[0017]根据本公开实施例，介质保护层的厚度为10
‑
100nm。
[0018]根据本公开实施例提供的石墨烯红外探测器，至少具备以下有益效果：
[0019]通过引入非对称电极，可在零偏压下完成光电探测，解决了传统石墨烯红外探测器暗电流过大的问题，通过设置红外敏感半导体薄膜，以提高石墨烯红外光电探测器的响应，解决传统石墨烯红外探测器响应度低的问题，进而实现高性能石墨烯红外探测器。
附图说明
[0020]通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
[0021]图1示意性示出了根据本公开一实施例的石墨烯红外探测器的结构图。
[0022]图2示意性示出了根据本公开的石墨烯红外探测器的工作原理图。
[0023]图3示意性示出了根据本公开另一实施例的石墨烯红外探测器的源漏电极结构俯视图。
[0024]图4示意性示出了根据本公开另一实施例的石墨烯红外探测器的结构图。
[0025]图5示意性示出了根据本公开实施例的石墨烯红外探测器的制备方法流程图。
[0026]图6示意性示出了根据本公开实施例的石墨烯红外探测器的制备方法各操作对应的器件结构图。
[0027]【附图标记说明】
[0028]1‑
衬底，2
‑
介质层，3
‑
源电极，4
‑
漏电极，5
‑
石墨烯，6
‑
红外敏感半导体薄膜，7
‑
介质保护层。
具体实施方式
[0029]为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
[0030]在此使用的术语仪仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
[0031]在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
[0032]在本公开的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“长度”、“周向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的子系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。
[0033]贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。可能导致本公开的理解
造成混淆时，将省略常规结构或构造。并且图中各部件的形状、尺寸、位置关系不反映真实大小、比例和实际位置关系。另外，在本公开中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对本公开的限制。
[0034]类似地，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分到单个实施例、图或者对其描述中。参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或者多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0035]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯红外探测器，其特征在于，包括：衬底(1)；介质层(2)，形成于所述衬底(1)上；源电极(3)和漏电极(4)，从所述介质层(2)的表面延伸至所述介质层(2)中，其中，所述源电极(3)与所述漏电极(4)之间在结构上不对称；石墨烯(5)，形成于所述介质层(2)、所述源电极(3)和所述漏电极(4)的表面；红外敏感半导体薄膜(6)，形成于所述石墨烯(5)上。2.根据权利要求1所述的石墨烯红外探测器，其特征在于，所述漏电极(4)为环形结构电极，所述源电极(3)为柱状结构电极，所述柱状结构电极设于所述环形结构电极的环内。3.根据权利要求1或2所述的石墨烯红外探测器，其特征在于，所述源电极(3)和所述漏电极(4)均为两层电极结构或三层电极结构。4.根据权利要求3所述的石墨烯红外探测器，其特征在于，所述源电极(3)和所述漏电极(4)靠近所述衬底(1)的底层为由钛或铬构成的粘附层，中间层为由铝或铜构成的金属层，靠近所述石墨烯(5)的顶层为由金构成的金属层，其中，所述底层的厚度为1
‑
10nm，所述中间层的厚度为10
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1000nm，所述顶层的厚度为1
‑
100nm。5.根据权利要求2所述的石墨烯红外探测器，其特征在于，所述源电极(3)与所述漏电极(4)之间的距离为0.1<...

【专利技术属性】
技术研发人员：程传同，张恒杰，李刘杰，黄北举，陈弘达，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：