[发明专利]多层单晶硅纳米膜/石墨烯光电探测器及制备方法

说明书

本发明公开一种多层单晶硅纳米膜/石墨烯光电探测器及制备方法，该光电探测器基于单晶硅/石墨烯肖特基异质结光电探测器优异性能的基础上，采用多层单晶硅纳米薄膜/石墨烯叠层结构，在拥有柔性的基础上，多层结构一方面增加了同一区域石墨烯与单晶硅纳米薄膜的接触面积；同时也增加了厚度，提高了器件对长波长光的吸收能力，提升了器件对长波长光的响应；并且采用的单晶硅纳米薄膜为多孔结构，减少了单晶硅纳米薄膜对光的反射，提高了器件对光的吸收。该多层单晶硅纳米薄膜/石墨烯范德瓦尔斯异质结光电探测器结构能够提升器件的探测性能，为该领域的器件性能优化提供一种方案。

技术领域

本发明涉及光电探测器领域，具体涉及一种多层单晶硅纳米膜/石墨烯光电探测器及制备方法。

背景技术

光电传感器的基本原理以光电效应为基础，当光照射在某些物质上时，光子的能量会传递给电子，使电子所处的状态发生改变，从而使该物质的电学特性发生相应改变，达到将光信号转换为电信号的一种器件。光电探测器在通信、医疗卫生、计算机技术、空间技术等领域有着广泛的应用。

单晶硅/石墨烯肖特基异质结光电探测器具有高灵敏度、高光学响应、响应速度快等优点，在高速信号调制、微弱信号探测等方面具有重要应用。传统单晶硅/石墨烯肖特基异质结光电探测器性能优异，但无法做到柔性化，其应用领域受到极大限制，尤其在生物医学领域，可穿戴柔性电子器件正展现出蓬勃的活力；而其它类型柔性光电探测器，一方面探测性能不如硅基光电探测器，另一方面制备成本较高，不能与现有集成电路工艺相兼容。对于单层单晶硅纳米薄膜-石墨烯异质结光电探测器，由于单晶硅纳米薄膜厚度在几百纳米，虽然对短波长光响应较大，但是器件对长波长光的吸收比较低，响应度较小；单晶硅对光具有一定的反射，降低了光电探测器对光的吸收；且单层单晶硅纳米薄膜-石墨烯柔性光电探测器，在制备过程中，容易断裂、滑移，成品率不高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种多层单晶硅纳米膜/石墨烯光电探测器及制备方法，该光电探测器在保留单层单晶硅纳米薄膜/石墨烯柔性光电探测器柔性特点的基础上，对光的吸收更多、响应更大且性能更加稳定，具体技术方案如下：

一种多层单晶硅纳米膜/石墨烯光电探测器，它由衬底、两根底层金属互连导线、单晶硅纳米薄膜、石墨烯及两根顶层金属互连导线组成，其中所述的一根底层金属互连导线及顶层金属互连导线与单晶硅纳米薄膜接触处形成数个接触电极，所述的另一根底层金属互连导线及顶层金属互连导线与石墨烯形成另两个接触电极，所述的单晶硅纳米薄膜与石墨烯交替堆叠，形成多层单晶硅纳米薄膜与多层石墨烯，每层单晶硅纳米薄膜与其上下表面接触的石墨烯间均有一交叠区域，分别形成一个单晶硅/石墨烯肖特基异质结，肖特基异质结处产生的信号分别通过所述的底层金属互连导线及顶层金属互连导线引出。

进一步地，所述单晶硅纳米薄膜厚度为100nm～300nm，所述的底层金属互连导线的厚度为30nm～100nm，所述的顶层金属互连导线的厚度为300～500nm。

进一步地，所述单晶硅纳米薄膜从绝缘体上硅剥离而得，且为多孔结构。

进一步地，所述单晶硅纳米薄膜通过湿法转印的方法转印到所述的柔性衬底上的金属接触电极处。

进一步地，所述单晶硅纳米薄膜层数为3层，所述石墨烯层数为3层。

一种如所述的光电探测器的制备方法，该方法具体包括如下步骤：

S1:在衬底上光刻显影底层金属互连导线图案；

S2:电子束蒸发金属，洗去光刻胶，形成底层金属互连导线；

S3:通过湿法转印的方法转印单晶硅纳米薄膜至衬底底层金属互连导线一端；

S4:光刻显影单晶硅纳米薄膜图案，刻蚀裸露的单晶硅；

S5:转印石墨烯至衬底另一底层金属互连导线一端；