[发明专利]以氟化石墨烯为吸收层的紫外雪崩光电探测器及制备方法

摘要

本发明公开了一种以氟化石墨烯为吸收层的紫外雪崩光电探测器及制备方法，所述紫外雪崩光电探测器包括衬底、金属电极、石墨烯叉指电极和氟化石墨烯；氟化石墨烯是一种宽禁带的二维半导体材料，可探测波长小于415nm的光。本发明以氟化石墨烯作为感光材料，石墨烯作为透明叉指电极，可实现对紫外光的探测。氟化石墨烯的电阻可达1TΩ以上，利用氟化石墨烯制作的光电探测器具有非常低的暗电流噪声。本发明以石墨烯和氟化石墨烯两种二维材料为主，可以实现柔性的光电探测器。

主权项

一种制备以氟化石墨烯为吸收层的紫外雪崩光电探测器的方法，所述以氟化石墨烯为吸收层的紫外雪崩光电探测器包括衬底(1)、金属电极(2)、石墨烯叉指电极(3)和氟化石墨烯(4)；其中，所述衬底(1)的上表面两侧分别覆盖一金属电极(2)；在两个金属电极(2)之间的衬底(1)的上表面、两个金属电极(2)的上表面和内侧壁上覆盖石墨烯叉指电极(3)，金属电极(2)上表面的石墨烯叉指电极(3)的两翼的覆盖范围小于金属电极(2)的边界；在两个金属电极(2)之间的衬底(1)和石墨烯叉指电极(3)的上表面覆盖氟化石墨烯(4)；其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)采用二氧化硅或云母作为绝缘的衬底(1)，或者在硅衬底上旋涂PDMS或PI形成均匀的薄膜，加热让其固化，形成柔性的衬底(1)；(2)在衬底(1)表面光刻出金属电极(2)图形，然后采用电子束蒸发技术，首先生长厚度为5nm和的Cr黏附层，然后生长50nm的Au电极；(3)石墨烯薄膜的制备：采用化学气相沉积方法在铜箔基底上制备石墨烯薄膜；(4)在两个金属电极(2)之间的衬底(1)的上表面、两个金属电极(2)的上表面和内侧壁上覆盖石墨烯薄膜；其中，石墨烯的转移方法为：将带有铜箔基底的石墨烯薄膜表面均匀涂覆一层聚甲基丙烯酸甲酯薄膜，然后放入刻蚀溶液中4h腐蚀去除铜箔，留下由聚甲基丙烯酸甲酯薄膜支撑的石墨烯薄膜；将聚甲基丙烯酸甲酯薄膜支撑的石墨烯薄膜用去离子水清洗后转移到两个金属电极(2)之间的衬底(1)的上表面、两个金属电极(2)的上表面和内侧壁上；最后用丙酮和异丙醇去除聚甲基丙烯酸甲酯；其中，所述刻蚀溶液由CuSO4、HCl和水组成，CuSO4：HCl：H2O＝10g:50ml:50ml；(5)对步骤(4)中转移的石墨烯薄膜光刻出叉指电极图形，将光刻好的石墨烯薄膜放入反应离子刻蚀系统真空腔室，通入氧气对石墨烯薄膜进行刻蚀，获得石墨烯叉指电极(3)；(6)氟化石墨烯(4)的制备和转移方法，具体方法如下：(a)将带有铜箔基底的石墨烯薄膜进行氟化：将石墨烯薄膜放入反应离子刻蚀系统的真空腔室中，采用六氟化硫等离子体对石墨烯薄膜表面进行氟化，形成氟化石墨烯(4)；(b)将步骤(a)中形成的氟化石墨烯(4)转移至两个金属电极(2)之间的衬底(1)和叉指电极(3)的上表面；其中，氟化石墨烯薄膜(4)的转移方法与步骤(4)中石墨烯的转移方法相同；(7)当采用柔性的衬底(1)时，揭下制备有氟化石墨烯为吸收层的紫外雪崩光电探测器的PDMS或者PI。