[发明专利]基于单晶硅纳米膜/石墨烯的柔性光电探测器及制备方法

说明书

本发明公开一种基于单晶硅纳米膜/石墨烯的柔性光电探测器及制备方法，该光电探测器由聚酰亚胺衬底、金属互连导线、单晶硅纳米薄膜、单原子层石墨烯以及顶层聚酰亚胺组成。本发明基于体硅/石墨烯肖特基异质结光电探测器优异性能的基础上，将体硅减薄到纳米级尺度，使原本大而坚硬的固体硅变得薄而柔且可实现较大程度上的弯曲，经柔性封装材料聚酰亚胺封装后，在保留体硅/石墨烯异质结优异光电探测性能的基础上，还具有了超薄、柔性的优点，结合聚酰亚胺的高绝缘性和良好的生物相容性，大大拓宽了硅/石墨烯异质结光电探测器的应用领域，尤其是生物医学领域、可穿戴电子设备领域等。

技术领域

本发明涉及光电探测器领域，具体涉及基于单晶硅纳米膜/石墨烯的柔性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。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于单晶硅纳米膜/石墨烯的柔性光电探测器及制备方法，该光电探测器肖特基结感光部位可以做到较大角度弯曲，整体器件具有性能优异、超薄、柔性化及良好的生物兼容性等优点。具体技术方案如下：

一种基于单晶硅纳米膜/石墨烯的柔性光电探测器，它由柔性衬底、两根金属互连导线、单晶硅纳米薄膜、石墨烯以及顶层柔性封装层组成，其中所述的一根金属互连导线与单晶硅纳米薄膜接触处形成一个金属接触电极，所述的另一根金属互连导线与石墨烯形成另一个金属接触电极，所述的纳米薄膜与石墨烯有一交叠区域，形成单晶硅/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两个金属接触电极引出；所述的金属互连导线末端的顶层柔性封装层被刻蚀掉，裸露出金属互连导线，将信号与外接电路相连。

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

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，所述的柔性衬底和顶层柔性封装层均由聚酰亚胺制成。

一种如所述的柔性光电探测器的制备方法，该方法具体包括如下步骤：

S1:在基底上旋涂柔性衬底材料，使其固化，形成柔性衬底；

S2：在所述的柔性衬底光刻金属互连导线图案；

S3：电子束蒸发金属，形成金属互连导线；

S4：在衬底指定位置通过湿法转印的方法转印大规模单晶硅纳米薄膜；

S5：光刻单晶硅纳米薄膜图案，刻蚀完全裸露的单晶硅，得到特定位置处特定尺寸的单晶硅纳米薄膜；

S6：指定位置转印石墨烯，光刻石墨烯图案；

S7：完全刻蚀裸露的石墨烯，得到特定位置处特定尺寸的单原子层石墨烯；

S8：旋涂柔性封装层材料，使其固化，对制作好的器件进行封装；