本發(fā)明屬于光電探測技術(shù)領(lǐng)域，涉及光電探測器件結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種制備柔性透明的石墨烯/硅金屬-半導(dǎo)體-金屬光電探測器的方法

背景技術(shù)：

良好的導(dǎo)電性，較高的光學(xué)透明度和良好的機械靈活性使得石墨烯成為下一代柔性電子器件的有比較好的應(yīng)用前景。其中石墨烯與半導(dǎo)體結(jié)合形成肖特基結(jié)，可應(yīng)用于電子和光電子領(lǐng)域。雖然有機半導(dǎo)體本質(zhì)上是靈活的，但石墨烯-半導(dǎo)體肖特基結(jié)是柔性電子器件的理想選擇。然而，諸如穩(wěn)定性差，不可重復(fù)響應(yīng)和器件性能差等主要問題，特別是與硅基器件相比，限制了其更廣泛的應(yīng)用。此外，與單晶硅相比，有機半導(dǎo)體具有較低的遷移率。

硅作為二十世紀(jì)最重要的半導(dǎo)體材料之一，一直推動著電子，光電子和太陽能電池行業(yè)的巨大成功，其中多以單晶、多晶硅晶片和無定形以及納米晶體薄膜的形式使用。由于硅適宜的帶隙結(jié)構(gòu)，成熟的cmos制造技術(shù)，高可靠性，良好控制的表面狀態(tài)和低成本的可擴展生產(chǎn)以及高速光電檢測，使硅成為用于光電檢測器的理想半導(dǎo)體材料。然而體硅晶體的剛度限制了其在柔性光電探測器領(lǐng)域的應(yīng)用，特別是柔性檢測電子器件方面。但是，當(dāng)si薄膜減薄到小于50微米時，應(yīng)用柔韌性較好，容易彎曲，并且可以用普通剪刀剪切，使其在柔性電子應(yīng)用中有一定的應(yīng)用價值。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種制備柔性透明的石墨烯/硅金屬-半導(dǎo)體-金屬(msm)光電探測器的方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：一種制備柔性透明的石墨烯/硅金屬-半導(dǎo)體-金屬光電探測器的方法，包括以下步驟：

(1)將soi硅襯底的硅薄膜采用深能級反應(yīng)刻蝕機icp刻蝕成矩形的硅條，所述soi硅襯底從上至下包括硅薄膜、二氧化硅隔離層和硅襯底；

(2)在二氧化硅隔離層上表面光刻出位于硅條兩側(cè)、且平行于硅條的金電極圖形，然后采用電子束蒸發(fā)技術(shù)鍍金電極；

(3)采用化學(xué)氣相沉積方法在銅箔基底上制備單晶石墨烯薄膜；

(4)在二氧化硅隔離層、硅條和金電極上表面覆蓋單晶石墨烯薄膜；

(5)將單晶石墨烯薄膜采用光刻技術(shù)圖形化成叉指型，隨后利用等離子體刻蝕去除多余的石墨烯，圖形化后的單晶石墨烯薄膜的覆蓋范圍在金電極包圍的范圍內(nèi)；

(6)在步驟得到的圖形化的器件上表面覆蓋pc薄膜，刮去邊緣pc膜，并放進boe刻蝕液中刻蝕掉硅襯底，制備出柔性透明超薄的石墨烯/硅金屬-半導(dǎo)體-金屬光電探測器。

進一步地，所述步驟中，所述硅薄膜厚度為200nm，硅條厚度為200nm，二氧化硅隔離層厚度為100nm。

進一步地，所述步驟中，首先在二氧化硅隔離層上生長厚度為5nm的鉻黏附層，然后生長60nm的金電極。

進一步地，所述步驟中，石墨烯的轉(zhuǎn)移方法為：將單晶石墨烯薄膜表面均勻涂覆一層聚甲基丙烯酸甲酯薄膜，然后放入刻蝕溶液中4h腐蝕去除銅箔，留下由聚甲基丙烯酸甲酯支撐的單晶石墨烯薄膜；將聚甲基丙烯酸甲酯支撐的單晶石墨烯薄膜用去離子水清洗后轉(zhuǎn)移到二氧化硅隔離層、硅條和金電極的上表面；最后用二氯甲烷和異丙醇去除聚甲基丙烯酸甲酯；其中，所述刻蝕溶液由cuso4、hcl和水組成，cuso4：hcl：h2o＝10g:50ml:50ml。

本發(fā)明具有以下有益效果：該探測器以石墨烯作為有源層和透明電極，消除死層，增強入射光的吸收；二氧化硅隔離層減少了硅表面態(tài)的影響，同時抑制了反向飽和電流；在較小偏壓即可正常工作，本發(fā)明中使用的圖形化的硅條厚度約為200nm，遠小于體硅的擴散長度(μm)，有利于光生載流子的分離，可以有效的區(qū)分光暗電流，提高光電探測器的性能；制備出的超薄石墨烯msm光電探測器柔韌性好且透明，理論上可以轉(zhuǎn)移至任意載體上，并具有良好的性能。同時可對其陣列進行紫外成像。入射光照射到本發(fā)明光電探測器表面，被石墨烯和硅襯底吸收。產(chǎn)生的光生載流子(空穴電子對)在內(nèi)建電場作用下被分離，電場方向由硅指向石墨烯。反向偏壓下電場更強，光生空穴向石墨烯移動，光生電子則流向硅襯底，形成光生電流。本發(fā)明中msm光電探測器為叉指結(jié)構(gòu)，可對其陣列進行紫外成像。本發(fā)明光電探測器所用材料以硅為基本材料，制備過程簡單，成本低，易與現(xiàn)有半導(dǎo)體標(biāo)準(zhǔn)工藝兼容。

附圖說明

圖1為本發(fā)明柔性透明的石墨烯/硅金屬-半導(dǎo)體-金屬光電探測器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中實施例所制備的光電探測器工作在-2-2v下、不同入射光功率下在光開與光關(guān)下器件的光學(xué)響應(yīng)曲線圖；

圖3中(a)為本發(fā)明中紫外成像所用的設(shè)備；(b)標(biāo)記為zju的原圖；(c)為紫外光照射下呈現(xiàn)zju的圖；(d)標(biāo)記為isee的原圖；(e)為紫外光照射下呈現(xiàn)isee的圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供的一種柔性透明的石墨烯/硅金屬-半導(dǎo)體-金屬光電探測器的工作原理如下：

入射光照射到本發(fā)明光電探測器表面，被石墨烯和硅襯底吸收。產(chǎn)生的光生載流子(空穴電子對)在內(nèi)建電場作用下被分離，電場方向由硅指向石墨烯。反向偏壓下電場更強，光生空穴向石墨烯移動，光生電子則流向硅襯底，形成光生電流。圖形化的硅條厚度約為200nm，遠小于體硅的擴散長度(μm)有利于光生載流子的分離，可以有效的區(qū)分光暗電流，提高光電探測器的性能。本發(fā)明的石墨烯msm探測器可以轉(zhuǎn)移至pc薄膜上。

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。

本發(fā)明提供的一種制備上述柔性透明的石墨烯/硅金屬-半導(dǎo)體-金屬光電探測器的方法，包括以下步驟：

(1)將soi硅襯底(1)的硅薄膜采用深能級反應(yīng)刻蝕機icp刻蝕成矩形的硅條(3)，所述soi硅襯底(1)從上至下包括硅薄膜、二氧化硅隔離層(2)和硅襯底(1)；

(2)在二氧化硅隔離層(2)上表面光刻出位于硅條(3)兩側(cè)、且平行于硅條(3)的金電極圖形，然后采用電子束蒸發(fā)技術(shù)鍍金電極(4)；

(3)采用化學(xué)氣相沉積方法在銅箔基底上制備單晶石墨烯薄膜(5)；

(4)在二氧化硅隔離層(2)、硅條(3)和金電極(4)上表面覆蓋單晶石墨烯薄膜(5)；

(5)將單晶石墨烯薄膜(5)采用光刻技術(shù)圖形化成叉指型，隨后利用等離子體刻蝕去除多余的石墨烯，圖形化后的單晶石墨烯薄膜(5)的覆蓋范圍在金電極(4)包圍的范圍內(nèi)；

(6)在步驟(5)得到的圖形化的器件上表面覆蓋pc薄膜，刮去邊緣pc膜，并放進boe刻蝕液中刻蝕掉硅襯底(1)，制備出柔性透明超薄的石墨烯/硅金屬-半導(dǎo)體-金屬光電探測器。

對上述柔性透明超薄的石墨烯/硅金屬-半導(dǎo)體-金屬光電探測器加小偏壓，使其正常工作，加不同入射光功率實現(xiàn)增益，如圖2所示。

本實施例所制備的柔性透明的石墨烯/硅金屬-半導(dǎo)體-金屬光電探測器工作在-2-2v下，在405nm的不同入射光功率的光照射下的光暗電流曲線變化如圖2所示。其中在器件的金電極4上加小偏壓。從圖2可以看出，所制備的器件在無光條件下，暗電流很??；而當(dāng)入射波長405nm、入射光功率從0.2光功逐漸增大到0.4mw時產(chǎn)生明顯的光電流。由圖2可知在器件工作在-2-2v時，曲線呈平滑的s型曲線，即背對背肖特基結(jié)特性曲線。同時實驗發(fā)現(xiàn)器件在紫外到近紅外均具有非常優(yōu)越的光電探測特性。

圖3為陣列型器件在紫外成像圖，可看出圖形很清晰，性能優(yōu)異。