本发明专利技术公开了一种电子热辐射探测计及其制备方法。该方法包括如下步骤：（1）在SiO2衬底上进行甩膜得到PMMA层；对PMMA层依次进行电子束曝光和显影得到电极的图形，然后蒸镀电极；（2）去除SiO2衬底上的PMMA层；将氮化硼-无序石墨烯薄膜转移到SiO2衬底上；氮化硼-无序石墨烯薄膜为由氮化硼薄膜和无序石墨烯薄膜依次叠加的复合薄膜，无序石墨烯薄膜设于蒸镀有电极的SiO2衬底的端面上；（3）在氮化硼-无序石墨烯薄膜上进行甩膜得到PMMA层，然后依次经电子束曝光和刻蚀得到与所述电极相对应的结构，至此即得电子热辐射探测计。本发明专利技术与现有的使用超导隧道结制备的石墨烯热辐射探测计相比，不用工作在极低温度下，而是可以工作在普通的液氦制冷机，减少了成本而且操作非常简单。
A highly sensitive thermal electronic thermal radiation meter and its preparation method
The invention discloses an electronic heat radiation detector and a preparation method thereof. The method comprises the following steps: (1) to obtain PMMA film layer on the SiO2 substrate; the PMMA layer in order to obtain the electrode pattern of electron beam exposure and development, and then deposited electrode; (2) the removal of PMMA layer on the SiO2 substrate; boron nitride - disordered graphene films onto SiO2 substrate composite film; boron nitride - disordered graphene film by boron nitride films and disordered graphene films are superimposed, face disordered graphene film is deposited on the SiO2 substrate electrode; (3) to obtain PMMA film layer in boron nitride - disordered graphene films, and then by the electronic structure beam exposure and etching with the corresponding electrode, thus the electronic thermal radiation detector. The invention and use of the existing tunnel junction superconducting graphene prepared by thermal radiation detector, instead of working at very low temperatures, it can work in liquid helium refrigeration normal, reduce the cost and the operation is very simple.
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种电子热辐射探测计及其制备方法。该方法包括如下步骤：（1）在SiO2衬底上进行甩膜得到PMMA层；对PMMA层依次进行电子束曝光和显影得到电极的图形，然后蒸镀电极；（2）去除SiO2衬底上的PMMA层；将氮化硼-无序石墨烯薄膜转移到SiO2衬底上；氮化硼-无序石墨烯薄膜为由氮化硼薄膜和无序石墨烯薄膜依次叠加的复合薄膜，无序石墨烯薄膜设于蒸镀有电极的SiO2衬底的端面上；（3）在氮化硼-无序石墨烯薄膜上进行甩膜得到PMMA层，然后依次经电子束曝光和刻蚀得到与所述电极相对应的结构，至此即得电子热辐射探测计。本专利技术与现有的使用超导隧道结制备的石墨烯热辐射探测计相比，不用工作在极低温度下，而是可以工作在普通的液氦制冷机，减少了成本而且操作非常简单。【专利说明】
本专利技术涉及。
技术介绍
石墨烯作为一种新型的二维材料，有着高的载流子迁移率以及良好的电学、光学、热学、力学等性质，使其近年来在各种器件中的应用越来越广泛。石墨烯具有独特的狄拉克电子能带结构，在狄拉克点附近态密度接近为零，从而使石墨烯具有很小的电子热容。除此之外，石墨烯本身在常温下的弱的电子-声子耦合以及对不同波段的光辐射的很好的热响应，这使得近年来大家对如何由石墨烯实现高灵敏度高响应速度热福射探测计的研究越来越关注。目前关于石墨烯热辐射探测计的实现方法有很多。有一种是采用高磁场下的石墨烯电阻量子霍尔效应(N.G.Kalugin et al., Graphene-based quantum Hall effectinfrared photodetector operating at liquid Nitrogen temperatures.AppliedPhysics Letters99, 013504(2011))来实现对光的热福射的探测。但是这种方式电阻温度关系非常弱，器件不仅灵敏度很低，只有10_2-10_3V/W，而且器件的漏热很严重。为了提高石墨烯热福射探测计的灵敏度，采用招-石墨烯超导隧道结(H.Vora, P.Kumaravadivel, B.Nielsen, X.Du, Bolometric response in graphene based superconducting tunneljunctions.Applied Physics LetterslOO, 153507 (2012).)可以实现响应率?105V/W。但是由于超导结的制备工艺复杂，而且器件必须工作在极低温度下，所以实用性不强。除此之外，也有人通过双门压对双层石墨烯带隙进行调控制备出电子热辐射探测计(J.Yan etal., Dual-gated bilayer graphene hot-electron bolometer.Nat Nano7, 472(2012)X这种方式虽然响应率可以达到2X105V/W，但是双层石墨烯双栅结构的器件制备工艺相当复杂，且器件漏热也比较严重。同时器件电阻比较大，影响了器件的响应速度。由于单层石墨烯非常薄，对光的吸收率仅2.3%，基于石墨烯的热电子热辐射探测计面临吸收效率低的问题，上述结构都无法实现多层结构来提高吸收率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，本专利技术通过叠加多层氮化硼-无序石墨烯薄膜，可以降低器件电阻，提高器件的光吸收率量，从而实现更快响应速度和更灵敏热辐射探测。本专利技术所提供的一种电子热辐射探测计的制备方法，包括如下步骤:(I)在SiO2衬底上进行甩膜得到PMMA层；对所述PMMA层依次进行电子束曝光和显影得到电极的图形，然后蒸镀电极；(2)去除所述SiO2衬底上的所述PMMA层；将氮化硼-无序石墨烯薄膜转移到所述SiO2衬底上；所述氮化硼-无序石墨烯薄膜为由氮化硼薄膜和无序石墨烯薄膜依次叠加的复合薄膜，所述无序石墨烯薄膜设于蒸镀有所述电极的所述SiO2衬底的端面上；(3)在所述氮化硼-无序石墨烯薄膜上进行甩膜得到PMMA层，然后依次经电子束曝光和刻蚀，把复合薄膜加工成所需的形状，至此即电子热辐射探测计。上述的制备方法中，所述氮化硼-无序石墨烯薄膜是按照包括如下步骤的方法制备的:在800°C?1200°C的条件下，以NH3BH3为先驱物在衬底上生长所述单层氮化硼薄膜；然后在800°C?1200°C的条件下，碳源在所述单层氮化硼薄膜上进行生长，控制H2和Ar的流速分别可为IOsccm?30sccm和40sccm?60sccm,生长压强可为IOOPa?150Pa,得到所述无序石墨烯薄膜，至此即得到所述氮化硼-无序石墨烯薄膜。上述的制备方法中，所述碳源可为苯甲酸；所述氮化硼-无序石墨烯薄膜生长在一 Cu箔衬底上。上述的制备方法中，步骤(I)中，所述电子束曝光的条件如下:加速电压为IOKV?30KV，具体可为25KV，光阑为15?50 μ m，具体可为30 μ m，束斑大小(Spotsize)可为I?5，具体可为5，曝光剂量为160?400 μ C/cm2,具体可为300 μ C/cm2 ；所述显影所用的显影液为MIBK (甲基异丁酮)与异丙醇的混合液,且MIBK与异丙醇的体积比为1:3，所述显影的时间可为30秒?90秒，如60s。上述的制备方法中，步骤(I)中，所述电极可为Au电极或Ti/Au电极；所述图形为六电极结构。上述的制备方法中，步骤(2)中，所述氮化硼薄膜和所述无序石墨烯薄膜均为单原子层，其厚度均为0.3nm。上述的制备方法中，步骤(2)中，所述氮化硼-无序石墨烯薄膜生长在一 Cu箔衬底上，以方便所述氮化硼-无序石墨烯薄膜的转移，以及转移时减少对所述氮化硼-无序石墨烯薄膜结构的破坏。上述的制备方法中，步骤(2)中，在将所述氮化硼-无序石墨烯薄膜转移到所述SiO2衬底上之前，在所述氮化硼-无序石墨烯薄膜上制备PMMA层作为保护层，以减少对所述氮化硼-无序石墨烯薄膜的破坏。上述的制备方法中，步骤(3)中，所电子束曝光的条件如下:加速电压为IOKV?30KV，具体可为25KV，光阑为15?50 μ m，具体可为30 μ m，束斑大小(Spotsize)可为I?5，具体可为5，曝光剂量为160?400 μ C/cm2。上述的制备方法中，步骤(3)中，所述刻蚀的条件为:在15sCCm的空气等离子体(plasma)刻蚀 30s ?60s,如 30s,如在 Femto Plasma Cleaner (Plasma 清洗机)中进行。本专利技术进一步提供了由上述方法制备得到的电子热辐射探测计。本专利技术具有如下优点:(I)首次实现由无序石墨烯制备的高灵敏度的热电子热辐射探测计本专利技术采用一种面电阻比完美石墨烯大很多的无序石墨烯。无序石墨烯体现出强局域化电导，可以实现非常强的电阻温度关系，使得器件的灵敏度很高。其次由于石墨烯的无序可以阻碍电子扩散传热，突出了热电子效应。本专利技术制备的电子热辐射探测计不仅灵敏度在电流为IOnA时可达IX 107V/W，灵敏度大范围可调，而且平均噪声功率(NEP)只有1.1fW/(Hz)1/2，低于之前文献的报道值。(2)结构简单，对石墨烯品质要求低本专利技术的器件结构就是简单的平行六电极结构，不需要制备复杂的超导隧道结以及双栅结构。器件工作时也不需要特别高的磁场，实现起来非常简本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电子热辐射探测计的制备方法，包括如下步骤：（1）在SiO2衬底上进行甩膜得到PMMA层；对所述PMMA层依次进行电子束曝光和显影得到电极的图形，然后蒸镀电极；（2）去除所述SiO2衬底上的所述PMMA层；将氮化硼?无序石墨烯薄膜转移到所述SiO2衬底上；所述氮化硼?无序石墨烯薄膜为由氮化硼薄膜和无序石墨烯薄膜依次叠加的复合薄膜，所述无序石墨烯薄膜设于蒸镀有所述电极的所述SiO2衬底的端面上；（3）在所述氮化硼?无序石墨烯薄膜上进行甩膜得到PMMA层，然后依次经电子束曝光和刻蚀得到与所述电极相对应的结构，至此即得电子热辐射探测计。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴孝松，韩琪，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：
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