[发明专利]一种石墨烯非晶氧化镓薄膜的日盲紫外探测器

说明书

本发明公开了一种石墨烯非晶氧化镓薄膜的日盲紫外探测器及其制备方法，可实现对波长小于280nm的日盲紫外光的有效探测，广泛应用于杀菌消毒紫外线监测、高压电弧紫外线监测以及电气火灾紫外线监测等领域。探测器以聚酰亚胺薄膜为衬底，通过激光诱导在衬底上原位制备石墨烯电极，然后通过磁控溅射法在石墨烯电极上方沉积一层非晶氧化镓薄膜，作为光探测材料，最后将衬底集成在PCB电路板上，其中，石墨烯电极嵌入于聚酰亚胺薄膜衬底中，与衬底结合紧密；非晶氧化镓薄膜位于石墨烯电极上方，石墨烯电极形状可以任意设计，并通过激光诱导原位生成，不需要掩膜版、光刻、刻蚀等复杂工艺，工艺简单，成本低，适合大规模量产。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯非晶氧化镓薄膜的日盲紫外探测器，属于光电探测技术领域。

背景技术

日盲紫外光通常是指波段为240-280nm的电磁辐射。由于臭氧层对日盲紫外波段的强烈吸收，到达近地表的该波段紫外光很微弱，为日盲紫外信号的检测提供了天然的低背景窗口。日盲紫外探测器是指对日盲紫外波段有明显光响应的紫外探测器。日盲紫外探测器具有高的信噪比和低的误报率，且在检测微弱信号方面具有显著优势。近年来，紫外探测器因在民用及军事领域均具有重大应用价值而备受关注。紫外探测器在空间通讯、军事导弹预警、臭氧层监测、非视距保密光通信、高压电检测、火焰探测及生化检测等方面都具有广泛的应用前景。

氧化镓是一种新兴的超宽禁带半导体材料，禁带宽度可达4.4-5.3eV，对应的截止波长约为240～280nm，是天然的日盲紫外吸收材料。同时，氧化镓的击穿电场强度为8MV/cm左右，达到Si的20多倍，达到SiC及GaN的2倍以上。氧化镓具有高的化学和热稳定性、高的击穿场强和强的抗辐射特性等优点，使得氧化镓探测器可以在恶劣环境中正常工作。

因此，近来氧化镓被视为制作紫外光探测器的理想材料，行业研制了多种结构的氧化镓基紫外探测器，包括光电导结构、MSM(金属-半导体-金属)结构、肖特基结构等。但是，氧化镓基紫外探测器的肖特基结构制作工艺较为复杂，增加了生产制作成本；光电导结构以及MSM结构制作工艺虽然较简单，但光电导结构暗电流大，响应灵敏度低；MSM结构则响应速度慢。

发明内容

本发明目的在于，提出一种石墨烯非晶氧化镓薄膜的日盲紫外探测器及其制备方法，在较为简单的工艺制作基础上，实现较高的响应灵敏度和响应速度。

技术方案

一种石墨烯非晶氧化镓薄膜的日盲紫外探测器，包括PCB电路板、衬底、光探测材料层和电极层；其中衬底固定在所述PCB电路板上，所述光探测材料层和所述电极层设置在所述衬底上；所述PCB电路板设有金属孔洞，所述固定孔洞内部为金属电极，所述金属电极与所述PCB电路板内电路电连接；所述衬底采用聚酰亚胺(PI)薄膜；所述光探测材料层采用非晶氧化镓(GaO)薄膜；所述电极层包括通过激光诱导制备在所述衬底上的石墨烯(LIG)电极；其中，所述石墨烯(LIG)电极嵌入于所述聚酰亚胺(PI)薄膜中；所述非晶氧化镓(GaO)薄膜位于所述石墨烯(LIG)电极上方。

所述聚酰亚胺(PI)薄膜通过固定螺丝自上而下固定在所述PCB电路板上，所述固定螺丝的螺杆部分穿过所述石墨烯(LIG)电极所预留的电极孔洞，嵌入并固定在所述PCB电路板的所述金属孔洞上，所述固定螺丝的头部与所述石墨烯(LIG)电极之间设有金属垫片。

所述聚酰亚胺(PI)薄膜的厚度为10-300μm；所述聚酰亚胺(PI)薄膜表面电阻为5±1Ohm/sq。

所述非晶氧化镓(GaO)薄膜为非晶结构，其厚度为50-800nm。

所述石墨烯(LIG)电极为叉指形状，其电极对数为6-20对，指间宽度为50-1000μm。

所述PCB电路板包括数据处理模块，数据传输模块，供电模块和引脚。

一种石墨烯非晶氧化镓薄膜的日盲紫外探测器的制备方法，包括以下制备步骤：