[发明专利]一种复合结构的金属石墨烯及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电探测器件技术领域，具体地说，是一种复合结构的金属石墨烯，能增强石墨烯的在可见光波段的吸收率。

背景技术

光电探测器是一种将光信号转换成电信号的器件，它在军事和国民经济的各个领域有着广泛的应用。基于III-V族半导体材料的传统光电探测器材料得到了快速发展。但是，传统的光电探测器受到载流子迁移率的限制，材料禁带宽度的影响，存在光电转换速率较慢，转化效率较低和响应光谱较窄等缺点，限制了传统光电探测器的应用范围。因此，寻找一种半导体材料用于新型光电探测器的制造已成为解决上述问题的关键一环。

石墨烯是一种具有蜂窝状结构排列的碳原子二维结构，它具有优良的光学和电学性质，与传统半导体材料相比，石墨烯具有高力学强度，良好导热性，超大比表面积，超高载流子迁移率，结构稳定等一系列优良的物理化学特性。重要的是，石墨烯是零带隙半导体，甚至能吸收能量极低的光子，因此基于石墨烯的光电探测器可以应用于超宽的波段，这远远超过目前光电探测器的能力，使得石墨烯成为传统半导体材料替代品。

但是，电子在石墨烯带间跃迁的特性限制了其在可见光波段的吸收率——仅有2.3%，限制了光电探测器的光学响应和外量子转换效率。因此增强石墨烯在可见光波段的吸收率是基于石墨烯光电子探测器制造的关键问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合结构的金属石墨烯以提高石墨烯在可见光波段的吸收率。

本发明的另一目的在于提供上述金属石墨烯的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种复合结构的金属石墨烯，其特征在于，所述金属石墨烯由双联通分相结构的纳米多孔金和石墨烯薄膜组成，石墨烯薄膜覆盖在纳米多孔金上。

上述复合结构的金属石墨烯的制备方法如下：

（1）纳米多孔金的制备：

用浓硝酸湿法刻蚀金银合金薄膜，用去离子水清洗合金薄膜，再用硅片捞出去离子水中的金属薄膜，即具有双联通分相结构的纳米多孔金；

（2）石墨烯至纳米多孔金上的转移：

在铜衬底上制备石墨烯，在石墨烯上涂覆PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）薄膜，刻蚀覆有石墨烯的铜基底，当铜基底被完全溶解后，用纳米多孔金捞出涂覆有PMMA薄膜的石墨烯，清洗后烘干，去除PMMA，再次烘干，得复合结构的金属石墨烯。

在铜衬底上制备石墨烯的方法为化学气相沉积方法。

在石墨烯上涂覆PMMA薄膜的方法为旋涂法。

去除PMMA的方法为使用丙酮。

蚀刻铜基底的蚀刻液为硫酸铜、浓硫酸、水按1g：5mL：5mL比例配制。

纳米多孔金结构可以极大增强表面电场，从而提高电场与石墨烯相互作用效率，使得本发明的复合结构能有效增强石墨烯在可见光波段的光吸收率，解决了石墨烯在可见光波段的吸收率较低的问题，因此在基于石墨烯的光电探测器制造等领域有广泛应用。

附图说明

图1为本发明所得复合结构的金属石墨烯的扫描电子显微镜照片。

图2为纳米多孔金、金属石墨烯复合结构，有金属支撑的石墨烯和无支撑石墨烯的消光光谱图。

具体实施方式

以下结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。

实施例：

（1）纳米多孔金的制备：

用浓硝酸湿法刻蚀厚度为100nm的金银合金薄膜，刻蚀时间10小时，并用去离子水清洗合金薄膜20次，再用硅片捞出去离子水中的金属薄膜，此薄膜即为具有双联通分相结构的纳米多孔金，是一种金和空气组成的三维分相结构；

（2）石墨烯至纳米多孔金上的转移：

转移石墨烯，即运用化学气相沉积方法在铜衬底上制备石墨烯，采用旋涂法在石墨烯上涂覆PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）薄膜，将硫酸铜、浓硫酸、水按5g：25mL：25mL比例配比，刻蚀覆有石墨烯的铜基底，当铜被溶液完全溶解后，用纳米多孔金从刻蚀溶液中捞出石墨烯-PMMA薄膜，去离子水清洗3次，并放置于50摄氏度的烘箱进行半小时的烘干以提高纳米多孔金与石墨烯的附着力，最后用丙酮去除PMMA，再放入50摄氏度的烘箱进行半小时烘干以便更好提高纳米多孔金与石墨烯的附着力。

图1为所得复合结构的金属石墨烯的扫描电子显微镜照片，照片中左边较明亮部分显示了成功制备得到的纳米多孔金结构，右边较暗部分为成功转移了石墨烯的金属石墨烯复合结构，可以看到，石墨烯和纳米多孔金贴合的很好。