[发明专利]基于光子晶体光响应增强技术的石墨烯红外传感器及其制备方法

说明书

本发明公开一种基于光子晶体光响应增强技术的石墨烯红外传感器及其制备方法，该石墨烯红外传感器包括硅片，部分的硅片上方具有绝缘层，绝缘层的上方具有电极层，当选择具有二氧化硅层的硅片时，则直接于部分的硅片上方形成电极层，部分的电极层以及部分的硅片上方具有感光纳米石墨烯材料层，剩余全部的电极层、感光纳米石墨烯材料层的上方以及剩余全部的硅片的上方具有通过光刻制备的光子晶体部分。本发明使用新型纳米石墨烯材料作为感光材料,并加入光子晶体汇聚特定波长红外线，提高了光响应率，并且其制备过程简单，成本低，是一种无需制冷的量子传感器。

技术领域

本发明属于光电传感器领域，具体涉及一种基于光子晶体光响应增强技术的石墨烯红外传感器及其制备方法。

背景技术

红外检测技术有着极其广泛的应用，并且随着红外检测技术的不断的发展及普及，新的应用被不断开发。目前主要集中在四种商业用途：红外热像仪，汽车主动安全技术，智能手机中的红外成像及监控领域。预计到2017年底，商用成像市场份额将超过军事用途，占据市场50%以上，达到30亿美金。红外热像仪应用集中在电气设备检测、机电设备检测、建筑检测及产品品质控制。将红外传感器安装于车辆上，可以在夜间或雾、霾等气候条件下有效地提高驾驶员视距，从而成为重要的安全驾驶辅助手段。

目前红外探测技术主要有两种：制冷式窄带半导体探测和非制冷式热量传感器。制冷式窄带半导体例如InSb和HgCdTe具有灵敏度高、响应速度快等优势，然而，复杂的加工流程和制冷设备的要求大大提高其加工成本。非制冷式热量传感器无需外加制冷设备，主要依靠热敏感元件受热电阻发生改变来进行检测。其成本较低，但是灵敏度及响应速度不及制冷式窄带半导体。而且，不论是制冷式还是非式制冷探测器，都只能针对某一较宽的红外波长范围进行检测，无法有效区分不同波长的红外光。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明涉及一种基于光子晶体光响应增强技术的石墨烯红外传感器及其制备方法。

本发明提供一种基于光子晶体光响应增强技术的石墨烯红外传感器，包括硅片，部分的硅片的抛光面上具有连续且厚度均匀的绝缘层，绝缘层的上方具有连续且厚度均匀的电极层，部分的电极层以及部分的硅片上方具有感光纳米石墨烯材料层，剩余全部的电极层、感光纳米石墨烯材料层的上方以及剩余全部的硅片的上方具有通过光刻制备的光子晶体部分。

所述绝缘层与电极层之间具有连接层，所述硅片的厚度为300到1000微米，所述绝缘层的厚度为200-500纳米，所述绝缘层的材质为二氧化硅，所述电极层的厚度为100到300纳米，所述电极层的材质为金，所述连接层的厚度为20到30纳米，所述连接层的材质为铬，所述感光纳米石墨烯材料层的厚度为1到3层碳原子，面积为100到1000000平方微米。

所述光子晶体部分形成为周期性排列的六边形或者圆形孔洞，所述光子晶体部分的厚度为400-700纳米，光子晶体周期为4到10微米，圆形孔洞直径或六边形外接圆直径与光子晶体周期之比为0.6到0.8之间。

本发明还提供一种基于光子晶体光响应增强技术的石墨烯红外传感器，包括表面具有二氧化硅层的硅片，于具有二氧化硅层一侧的部分的硅片上方具有电极层，电极层分为形成为处于硅片上方两端的两个间隔的部分，部分的电极层以及部分的硅片上方具有感光纳米石墨烯材料层，剩余全部的电极层、感光纳米石墨烯材料层的上方以及剩余全部的硅片的上方具有通过光刻制备的光子晶体部分。

所述具有二氧化硅层一侧的部分的硅片与电极层之间具有连接层，所述硅片的厚度为300到1000微米，所述二氧化硅层的厚度为200-500纳米，所述电极层的厚度为100到300纳米，所述电极层的材质为金，所述连接层的厚度为20到30纳米，所述连接层的材质为铬，所述感光纳米石墨烯材料层的厚度为1到3层碳原子，面积为100到1000000平方微米。