[发明专利]一种高灵敏度的热电子热辐射探测计及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高灵敏度的热电子热辐射探测计及其制备方法。

背景技术

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辐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 effect infrared photodetector operating at liquid Nitrogen temperatures.Applied Physics Letters99,013504(2011)）来实现对光的热辐射的探测。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。为了提高石墨烯热辐射探测计的灵敏度，采用铝-石墨烯超导隧道结（H.Vora,P.Kumaravadivel,B.Nielsen,X.Du,Bolometric response in graphene based superconducting tunnel junctions.Applied Physics Letters100,153507(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 et al.,Dual-gated bilayer graphene hot-electron bolometer.Nat Nano7,472(2012)）。这种方式虽然响应率可以达到2×10⁵V/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。

发明内容

本发明的目的是提供一种高灵敏度的热电子热辐射探测计及其制备方法，本发明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。

本发明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：

（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，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℃～1200℃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℃～1200℃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10sccm～30sccm和40sccm～60sccm，生长压强可为100Pa～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。