[发明专利]碳纳米管超宽带光电探测器及其制备方法

说明书

本发明提出一种碳纳米管超宽带光电探测器及其制备方法，利用碳纳米管薄膜与功函数不同的两种金属复合，分别对碳纳米管实现p掺杂和n掺杂。碳纳米管薄膜可以实现从紫外到太赫兹波段的超宽带光吸收；悬空结构可以减小热耗散；金属的附着可以减缓热传导，提高薄膜温度；掺杂区域的存在又可以有效地将热能转化成光电压。最终可以实现从紫外光到太赫兹波段的高性能、自供电的超宽带快速光电探测。

技术领域

本发明属于光电探测器领域，尤其涉及一种碳纳米管超宽带光电探测器及其制备方法。

背景技术

光电探测器是一种可以将光信号转变成电信号的光电器件，是光电探测系统的重要组成部分。常见的类型有光电导型器件、光伏型器件、光热电型器件和测辐射热计型器件。光电探测器在光学成像、目标识别、生物医学检测、光通讯和天文观测等领域具有重要的应用价值。光电探测器主要探测紫外光到太赫兹波段的光信号，其中不同波段的光需要不同的光电探测器来探测。单一的光电探测器难以同时具备从紫外光到太赫兹波段的超宽带光电探测能力。但是，能够同时实现上述超宽带光电探测的器件对于多功能光电探测和多系统光电集成具有颠覆性的作用，例如军事上的多场景特种成像、生物样品的紫外至太赫兹波段的超宽带光谱原位检测、天文事件中的多信号检测等。该类型超宽带光电探测器可以实现以前需要多种不同波段探测器联用才能实现的功能，可以大大减小设备成本。

现有所有的商业化的光电探测器都不能实现紫外光至太赫兹波段的超宽带光电探测，处于实验室研究阶段的该类型超宽带光电探测器还具有诸多的缺点，例如普遍在长波红外和太赫兹波段的响应度低、需要施加偏压的器件噪声大、响应时间长等。

中国专利CN 101252145A提供了一种碳纳米管柔性光敏器件及其制备方法。上述发明利用旋涂的半导体性碳纳米管，能通过掺杂实现对特定波长的光响应，并且具备柔性的特点。但是该光敏器件作为一种光电导型的光电探测器，只能根据碳纳米管的禁带宽度实现特定波长的光响应，不具备中远红外和太赫兹波段的光电探测能力。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷和不足，本发明提出了一种碳纳米管超宽带光电探测器及其制备方法的方案，利用碳纳米管薄膜与功函数不同的两种金属复合，分别对碳纳米管实现p掺杂和n掺杂。碳纳米管薄膜可以实现从紫外到太赫兹波段的超宽带光吸收；悬空结构可以减小热耗散；金属的附着可以减缓热传导，提高薄膜温度；掺杂区域的存在又可以有效地将热能转化成光电压。最终可以实现从紫外光到太赫兹波段的高性能、自供电的超宽带快速光电探测。

本发明的主要目的：实现紫外光至太赫兹波段的高响应度、低噪声、大线性动态范围的自供电、超宽带、快速光探测。以及实现太赫兹波的高性能探测和实现远红外光的高性能探测。

考虑到现有的光电探测器不能同时在紫外光至太赫兹波的超宽波段中实现高响应度、低噪声的快速光探测，本发明提供的光电探测器件可以解决如下三个技术问题：

1）实现紫外光至太赫兹波段（375 nm~118.8m）的有效光吸收；

2）有效地将吸收的光子能量转化成热能，并利用悬空结构和碳纳米管表面附着的金属纳米颗粒显著提高热能利用率，减小热耗散；

3）利用热电效应最终将光信号转化成电信号。

本发明具体采用以下技术方案：

一种碳纳米管超宽带光电探测器，其特征在于：采用悬空碳纳米管薄膜的结构，利用碳纳米管薄膜与功函数不同的两种金属复合，分别对碳纳米管进行p掺杂和n掺杂。

优选地，其结构包括：带有镂空槽的硅片衬底、生成于所述镂空槽两侧的电极支撑层、分别生成于两侧所述电极支撑层上的低功函数金属电极和高功函数金属电极、设置在金属电极上形成悬空结构的碳纳米管薄膜、以及分别生成于所述碳纳米管薄膜两端的低功函数金属掺杂层和高功函数金属掺杂层；