一种高稳定性石墨烯光电探测器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高稳定性石墨烯光电探测器及其制备方法，该探测器至少包括：基底，其作为光电探测器的承载部件；电极对，其能够形成电场；石墨烯层，其能够用于吸收光线并产生光生载流子；电极对的若干电极沿第一方向排布在基底上，并且，电极对之间至少留存有第二距离的空余的基底；石墨烯层以降低悬挂高度的方式布设在电极对与空余的基底表面，并且，石墨烯层远离电极对与基底的表面上真空沉积有Parylene保护层；该探测器能够极大降低石墨烯层的悬挂高度，减少石墨烯层在制备过程中产生的物理损伤，降低非均匀局部内应力的产生；该方法通过在石墨烯层上真空沉积Parylene保护层以避免石墨烯层在制备过程中受到损伤。层以避免石墨烯层在制备过程中受到损伤。层以避免石墨烯层在制备过程中受到损伤。

【技术实现步骤摘要】
一种高稳定性石墨烯光电探测器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及光电探测
，尤其涉及一种高稳定性石墨烯光电探测器及其制备方法。

技术介绍

[0002]石墨烯因其优异的电学、热学、机械、光学等性能广泛应用于光电器件。基于石墨烯的光电探测器件通常对石墨烯形状有特定要求，现有的石墨烯图案化技术有离子刻蚀、聚焦离子束刻蚀，以及预图案化的催化基底上原位生长石墨烯等方法。但由于聚焦离子束刻蚀石墨烯及预图案化的催化基底上原位生长石墨烯等方法工艺不成熟，目前大多采用离子刻蚀石墨烯图案化的工艺步骤。传统的离子刻蚀需要在石墨烯表面旋涂光刻胶，然后通过光刻工艺对石墨烯图案化。在此过程中，光刻胶的涂覆和光刻工艺会对石墨烯造成掺杂污染、增加缺陷等物理和化学损伤，从而影响器件性能。与此同时，由于石墨烯为单原子厚度(约0.4nm)，普通光电器件的电极高度为100
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200nm，电极高度和石墨烯厚度的巨大差异会造成石墨烯在转移以及工作过程中产生巨大的悬挂高度，从而会导致石墨烯的物理损伤以及增加石墨烯的不均匀残余应力，从而影响器件的光电性能。
[0003]现有技术中如公开号为CN105206689A的专利文献所提出的一种基于薄膜半导体
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石墨烯异质结的光电探测器制备方法，包括步骤：首先，提供一衬底，在所述衬底表面两侧生长金属电极；然后在所述衬底及金属电极表面生长薄膜半导体层；接着，去除部分薄膜半导体层，暴露出其中一侧的金属电极以及部分衬底；接着在整个结构表面形成石墨烯层；最后，去除所述薄膜半导体层表面多余的石墨烯层，剩下的石墨烯层与所述薄膜半导体层接触，形成异质结。
[0004]现有技术在进行电极制备时，工艺通常为热蒸发金电极。这个过程电极厚度约为200nm左右，而石墨烯本身的厚度约为0.4nm，且石墨烯需要搭在电极上并且与基底接触。电极与石墨烯本身巨大的厚度差异会造成石墨烯较大的悬挂高度，从而会导致石墨烯的物理损伤以及增加石墨烯的不均匀残余应力，从而影响器件的光电性能。
[0005]现有技术不可避免地在石墨烯转移到基底上进行图案化工艺过程中，旋涂光刻胶、光刻等加工工艺过程对石墨烯造成二次损伤，造成石墨烯杂质吸附、掺杂污染等化学损伤，以及缺陷、裂纹、褶皱等物理损伤，因此在器件制备过程中会降低石墨烯质量，从而影响光电器件的性能；石墨烯图案化后光刻胶等涂覆层去除后，器件在使用过程中石墨烯直接暴露在空气中，石墨烯本身易吸附空气中的水、灰尘等杂质，从而影响整个器件的长时使用稳定性。
[0006]此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于专利技术人做出本专利技术时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本专利技术不具备这些现有技术的特征，相反本专利技术已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在
技术介绍
中增加相关现有技术之权利。

技术实现思路

[0007]针对现有技术所提出的技术方案存在可能在制备和使用过程中对石墨烯层造成物理损伤从而影响光电性能的缺陷，本申请提出了一种高稳定性石墨烯光电探测器，至少包括：基底，其作为光电探测器的承载部件；电极对，其能够形成电场；石墨烯层，其能够产生光生载流子；所述电极对的若干电极沿第一方向排布在所述基底上，并且，所述电极对之间至少留存有第二距离的空余的基底；所述石墨烯层以降低悬挂高度的方式布设在所述电极对与空余的所述基底表面，并且，所述石墨烯层远离所述电极对与所述基底的表面上真空沉积有Parylene保护层。Parylene(聚对二甲苯)是一种高分子保护材料。Parylene保护层可以通过真空气相沉积制备，在器件表面形成厚度均匀无孔隙的致密密封涂层。Parylene保护层具有耐高低温、抗腐蚀、抗酸碱、防尘、防水、透光性高等作用。Parylene保护层沉积过程中无残余应力产生，对石墨烯进行良好保护的同时对光学器件的性能无干扰。
[0008]传统的离子刻蚀需要在石墨烯层表面旋涂光刻胶，然后通过光刻工艺对石墨烯层进行图案化处理。在此过程中，光刻胶的涂覆和光刻工艺会对石墨烯层造成掺杂污染、增加缺陷等化学和物理损伤，从而影响器件性能。更具体地，化学损伤主要是由于光刻胶残留引起的。在图案化处理过程中，需要将石墨烯转移至目标衬底后，在石墨烯表面旋涂光刻胶，并对其进行曝光和显影，但是通常会由于显影液清洁和光刻胶溶解不彻底的情况，导致石墨烯表面残留少量的显影液或者光刻胶，从而导致石墨烯的栅控能力受到影响，进一步导致石墨烯的电学性能大打折扣。物理损伤主要是指由于光刻工艺中的特定光线的照射导致石墨烯出现裂痕、褶皱等问题，当石墨烯出现裂痕或褶皱的情况下，其产生的光生载流子的移动受到影响，从而降低石墨烯的电学性能。
[0009]由此，本专利技术在基底上先制备电极对，再转移石墨烯层，然后在石墨烯层表层真空沉积parylene保护层，然后再通过光刻工艺对石墨烯层进行图案化处理，从而避免石墨烯层在制备过程中受到损伤。本专利技术将具有良好透光性并且对光学器件的性能无干扰的parylene膜沉积在石墨烯上，沉积时间在石墨烯转移至基底上之后、图案化处理之前，从而形成parylene保护层。Parylene保护层在光刻过程中能够避免光刻胶残留在石墨烯上，减低光刻胶的化学损伤。同时，parylene保护层能够在光刻过程中贴合在石墨烯层表面，防止石墨烯层表面出现裂痕、褶皱等问题。
[0010]与此同时，由于石墨烯层为单原子厚度(约0.4nm)，普通光电器件的电极高度为100
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200nm，电极高度和石墨烯层厚度的巨大差异会导致石墨烯层在转移以及工作过程中产生巨大的悬挂高度，过大的悬挂高度会导致石墨烯层受到物理损伤以及增加石墨烯层的不均匀残余应力，从而影响器件的光电性能。
[0011]并且，对于基底上的电极而言，其需要提供一定的电场使得石墨烯层产生的光生载流子向两侧的电极移动，如果基底上的电极太小或者高度太低，其产生的电场强度可能不够，从而导致石墨烯层上产生的载流子的运动活性降低。
[0012]由此，本申请提出了一种在不改变提供的电场强度的前提下，降低金属电极的高度的技术方案，本专利技术采用电子束蒸发工艺，先制备第二高度为10nm的超薄的第二电极对，石墨烯与第二电极对接触，然后再通过热蒸发工艺制备第一高度约为200nm的第一电极对。此工艺能够极大降低石墨烯层与接触电极(第二电极对)的高度差，从而降低石墨烯层的悬
挂高度，减少石墨烯层在制备过程中产生的物理损伤，降低非均匀局部内应力的产生，从而提高本申请的石墨烯光电探测器的光电性能。
[0013]优选地，所述电极对至少包括具有第一高度的第一电极对和具有第二高度的第二电极对，其中，第一高度大于第二高度。
[0014]优选地，所述第一电极对至少包括沿第一方向排布的第一左电极和第一右电极，其中，所述第一左电极与所述第一右电极之间间隔第一距离。
[0015]优选地，所述第二电极对至少包括沿第一方向排布的第二左电极和第二右电极，其中，所述第二左电极和所述第二右电极处于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高稳定性石墨烯光电探测器，至少包括：基底(100)，其作为光电探测器的承载部件；电极对，其能够形成电场；石墨烯层(400)，其能够产生光生载流子；其特征在于，所述电极对的若干电极沿第一方向排布在所述基底(100)上，并且，所述电极对之间至少留存有第二距离的空余的基底(100)；所述石墨烯层(400)以降低悬挂高度的方式布设在所述电极对与空余的所述基底(100)表面，并且，所述石墨烯层(400)远离所述电极对与所述基底(100)的表面上真空沉积有Parylene保护层(500)，所述Parylene保护层(500)以跟随所述石墨烯层(400)一同被图案化处理的方式形成与所述石墨烯层(400)相同的图案。2.根据权利要求1所述的高稳定性石墨烯光电探测器，其特征在于，所述电极对至少包括具有第一高度的第一电极对(200)和具有第二高度的第二电极对(300)，其中，第一高度大于第二高度。3.根据权利要求1或2所述的高稳定性石墨烯光电探测器，其特征在于，所述第一电极对(200)至少包括沿第一方向排布的第一左电极(210)和第一右电极(220)，其中，所述第一左电极(210)与所述第一右电极(220)之间间隔第一距离。4.根据权利要求1～3任一项所述的高稳定性石墨烯光电探测器，其特征在于，所述第二电极对(300)至少包括沿第一方向排布的第二左电极(310)和第二右电极(320)，其中，所述第二左电极(310)和所述第二右电极(320)处于所述第一左电极(210)和所述第一右电极(220)之间的第一距离内。5.根据权利要求1～4任一项所述的高稳定性石墨烯光电探测器，其特征在于，所述第二左电极(310)贴合所述第一左电极(210)，所述第二右电极(320)贴合所述第一右电极(220)，其中，所述第二左电极(310)和所述第二右电极(320)之间间隔第二距离，第一距离等于所述第二左电极(310)、所述第二右电极(320)在第一方向上的长度以及第二距离之和。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱兆玮，黄丽婷，高阳，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：