[发明专利]一种高灵敏红外异质结光电传感器及其制备方法

说明书

本发明公开一种高灵敏红外异质结光电传感器及其制备方法，其中，所述光电传感器包括设置在衬底上的带隙半导体薄膜以及交叉堆叠在所述带隙半导体薄膜上表面的导流薄膜，所述带隙半导体薄膜和导流薄膜之间的交叉重叠区域通过范德华相互作用形成光电异质结，所述带隙半导体薄膜的两端以及导流薄膜的两端均通过金属电极固定在所述衬底上。本发明的光电传感器结构简单、容易制备、光电响应速度快、光电输出能力高、光电响应范围涵盖红外光区域，可广泛用于弱光检测、红外探测等。

技术领域

本发明涉及光电传感器领域，尤其涉及一种高灵敏红外异质结光电传感器及其制备方法。

背景技术

光电传感器能使光信号转换为可被测量的电信号，普遍应用于光通信、红外测距、环境监测、军事安全检查、生物医学成像与科学研究等。目前，高性能光电传感器是由晶体硅在可见光和近红外检测范围内占据着光电传感器市场的主导地位，然而，这些传感器通常具有严重的缺陷，包括厚材料使用，苛刻的制造条件，昂贵的制造工艺以及严格的操作要求等，并且硅基光电传感器对于红外光利用率比较差。不同于以往的只有原子层厚度（小于1nm）的石墨烯，本发明的垂直生长石墨烯嵌入式碳膜是一种厚度为70nm-200nm的碳基薄膜材料。不同于现有碳膜/P型硅光电传感器，探测范围在350nm-1050nm的可见及近红外区域，本发明利用多层石墨烯嵌入式碳膜与少层黑磷薄膜形成异质结，产生一种通过控制少层黑磷薄膜的层数来调节光电响应范围,达到对820nm-2.5μm波长具有高灵敏响应的红外光电传感器。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高灵敏红外异质结光电传感器及其制备方法，旨在解决现有光电传感器响应灵敏度较差以及对红外光的利用率较差的问题。

本发明的技术方案如下：

一种高灵敏红外异质结光电传感器，其中，包括设置在衬底上的带隙半导体薄膜以及交叉堆叠在所述带隙半导体薄膜上表面的导流薄膜，所述带隙半导体薄膜和导流薄膜之间的交叉重叠区域通过范德华相互作用形成光电异质结，所述带隙半导体薄膜的两端以及导流薄膜的两端均通过金属电极固定在所述衬底上。

所述的高灵敏红外异质结光电传感器，其中，所述带隙半导体薄膜为黑磷薄膜。

所述的高灵敏红外异质结光电传感器，其中，所述黑磷薄膜的层数为1-5层。

所述的高灵敏红外异质结光电传感器，其中，所述导流薄膜为垂直生长石墨烯嵌入式碳膜。

所述的高灵敏红外异质结光电传感器，其中，所述衬底的材料为二氧化硅或聚二甲基硅氧烷。

所述的高灵敏红外异质结光电传感器，其中，所述金属电极的材料为金、钛、铬、镍和钨中的一种。

一种高灵敏红外异质结光电传感器的制备方法，其中，包括步骤：

预先通过ECR等离子体低能电子照射方法在二氧化硅基底上制备垂直生长石墨烯嵌入式碳膜，备用；

在另一二氧化硅基底上制备黑磷薄膜；

采用氢氟酸腐蚀所述垂直生长石墨烯嵌入式碳膜的二氧化硅基底，通过定点转移方法将所述垂直生长石墨烯嵌入式碳膜交叉堆叠在所述黑磷薄膜表面，所述黑磷薄膜和垂直生长石墨烯嵌入式碳膜之间的交叉重叠区域通过范德华相互作用形成光电异质结；

在所述黑磷薄膜两端以及垂直生长石墨烯嵌入式碳膜的两端分别设置一金属电极。

所述高灵敏红外异质结光电传感器的制备方法，其中，所述步骤采用氢氟酸腐蚀所述垂直生长石墨烯嵌入式碳膜的二氧化硅基底，具体为：

将所述垂直生长石墨烯嵌入式碳膜的二氧化硅基底浸泡在所述氢氟酸中， 待所述二氧化硅基底腐蚀后，捞起漂浮状的垂直生长石墨烯嵌入式碳膜。。