[发明专利]一种激光烧蚀制备单层多层石墨烯热电探测器的方法

说明书

本发明涉及一种激光烧蚀制备单层多层石墨烯热电探测器的方法，包括以下步骤：在衬底材料上生长一层绝缘介质层；在绝缘介质层上转移一层多层石墨烯薄膜；对部分多层石墨烯薄膜进行激光烧蚀，使部分多层石墨烯薄膜变成单层石墨烯薄膜；在未经烧蚀的多层石墨烯薄膜的一端淀积第一金属电极，在经激光烧蚀后得到的单层石墨烯薄膜的一端淀积第二金属电极，即得到单层多层石墨烯热电探测器。由于多层石墨烯和单层石墨存在塞贝克系数差，光辐照时，由于衬底和石墨烯层间导热性差异会导致在异质结界面处存在温差，产生热电压，可在第一、第二金属电极处探测到热电流，构建热电探测器具备制作方法简单，体积小，探测灵敏度高等优点。

技术领域

本发明涉及石墨烯热电探测器技术领域，具体涉及一种激光烧蚀制备单层多层石墨烯热电探测器的方法。

背景技术

石墨烯材料具有独特的零带隙能带结构和近弹道输运的电学性质，其构建的探测器与传统的半导体探测器相比，探测波谱范围宽，响应速度快和截止频率高。多层石墨烯和单层石墨烯具有不同的能带结构和态密度，当进行激光烧蚀时，多层石墨烯的层间热传导性能较差，热量在层间聚集，多层石墨烯会被氧化，厚度减薄，石墨烯层数减少；当石墨烯厚度减薄到单层，因其与衬底之间的导热性能较好，热量可以快速扩散到下方的衬底，故此时石墨烯厚度不再随激光烧蚀而减薄。单层石墨烯和多层石墨烯组合异质结构，即构成了热电探测器件。当接触热辐射源时，器件中单层石墨烯和多层石墨烯不同的温升以及塞贝克系数差异从而产生开路电压：

ΔV＝α₁ΔT₁-α₂ΔT₂

其中，α称作塞贝克系数，又称为热电系数，α随着载流子浓度而变，对于空穴而言，α为正，对于电子而言α为负，ΔT为相对于外界的温度上升。多层石墨烯由于自身缺陷而对外显示出n型，并且不随衬底所加栅压而改变，在外加负栅压的情况下，单层石墨烯由于电场效应而产生p型，因此，通过衬底栅压可以在在单层和多层石墨烯界面形成pn结，那么在外界热源存在时，多层/单层石墨烯异质结之间塞贝克系数和温度之差引发的热电流可应用于热电探测领域，具有广泛应用前景。

中国专利CN104979464B公开了一种基于石墨烯异质结的柔性热电转换器件，包括柔性衬底层、在柔性衬底层上依次生长的介质层，第一石墨烯层，第二石墨烯层，第一石墨烯层和第二石墨烯层交叠放置，构成异质结，第一石墨烯层上生长第一金属电极，第二石墨烯层上生长第二金属电极，该专利通过标准机械剥离工艺获得石墨烯，并通过光学显微镜找到单层石墨烯，并通过显微镜进行拉曼散射谱测量，确定所选的石墨烯的实际层数，再通过转移技术转移到介质层上，制备工艺较为复杂。

发明内容

本发明提供一种激光烧蚀制备石墨烯热电探测器的方法，得到的石墨烯热电探测器具有探测波谱范围宽、响应速度快、体积小、集成度高的特点。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种激光烧蚀制备单层多层石墨烯热电探测器的方法，包括以下步骤：

(1)在衬底材料上生长一层绝缘介质层；

(2)在绝缘介质层上转移一层多层石墨烯薄膜；

(3)对部分多层石墨烯薄膜进行激光烧蚀，使部分多层石墨烯薄膜变成单层石墨烯薄膜；

(4)在未经烧蚀的多层石墨烯薄膜的一端淀积第一金属电极，在经激光烧蚀后得到的单层石墨烯薄膜的一端淀积第二金属电极，即得到单层多层石墨烯热电探测器。

进一步地，步骤(1)所述衬底材料为硅材料，也可以是其它刚性或柔性衬底材料，如聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺或金属箔片。

进一步地，步骤(1)所述绝缘介质层为二氧化硅介质层、氮化硅、氧化铪或氧化铝。

进一步地，步骤(1)所述绝缘介质层的厚度为30～200nm。