[发明专利]以氟化石墨烯为绝缘层的硅基雪崩光电探测器及制备方法

权利要求书

1.以氟化石墨烯为绝缘层的雪崩光电探测器，其特征在于，包括：n型硅衬底(1)、二氧化硅隔离层(2)、二氧化硅窗口(3)、氟化石墨烯绝缘层(4)、顶电极(5)、石墨烯薄膜(6)和底电极(7)；其中，所述n型硅衬底(1)的上表面覆盖二氧化硅隔离层(2)，在二氧化硅隔离层(2)上开有二氧化硅窗口(3)，使二氧化硅隔离层(2)成凹形结构，在二氧化硅隔离层(2)的上表面覆盖顶电极(5)，顶电极(5)的外边界小于二氧化硅隔离层(2)的外边界，内边界大于二氧化硅隔离层(2)的内边界；在顶电极(5)的上表面，顶电极(5)、二氧化硅隔离层(2)和n型硅衬底(1)包围形成的梯形空间的内表面覆盖氟化石墨烯绝缘层(4)，顶电极(5)上表面氟化石墨烯绝缘层(4)的覆盖范围小于顶电极(5)的边界；在顶电极(5)上表面和氟化石墨烯绝缘层(4)的上表面覆盖石墨烯薄膜(6)，顶电极(5)上表面石墨烯薄膜(6)的覆盖范围小于顶电极(5)的边界且大于氟化石墨烯绝缘层(4)的边界；在n型硅衬底(1)下表面设置底电极(7)。

2.根据权利要求1所述的以氟化石墨烯为绝缘层的雪崩光电探测器，其特征在于，所述的氟化石墨烯绝缘层(4)为单层或多层氟化石墨烯薄膜。

3.根据权利要求1所述的以氟化石墨烯为绝缘层的雪崩光电探测器，其特征在于，所述的顶电极(5)是金属薄膜电极，金属材料为铝、金或金铬合金。

4.根据权利要求1所述的以氟化石墨烯为绝缘层的雪崩光电探测器，其特征在于，所述的底电极(7)是金属薄膜电极，金属材料为镓铟合金、钛金合金或铝。

5.制备如权利要求1所述的以氟化石墨烯为绝缘层的雪崩光电探测器的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在n型硅衬底(1)的上表面氧化生长二氧化硅隔离层(2)，所用n型硅衬底(1)的电阻率为1～10Ω·cm；二氧化硅隔离层(2)的厚度为300nm～500nm，生长温度为900～1200℃；

(2)在二氧化硅隔离层(2)表面光刻出顶电极(5)图形，然后采用电子束蒸发技术，首先生长厚度约为5nm的铬黏附层，然后生长50nm的金电极；

(3)在生长有顶电极(5)的二氧化硅隔离层(2)表面光刻出二氧化硅窗口(3)图形，然后通过反应离子刻蚀技术，采用C₄F₈等离子体刻蚀二氧化硅隔离层(2)并用缓冲氧化物刻蚀溶液去除残留的二氧化硅；其中，所述缓冲氧化物刻蚀溶液由NH₄F、HF和水组成，NH₄F：HF：H₂O＝60g:30ml:100ml；

(4)采用化学气相沉积方法在铜箔基底上制备石墨烯薄膜；

(5)制备和转移氟化石墨烯绝缘层(4)，具体步骤如下：

(5.1)将带有铜箔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，形成氟化石墨烯绝缘层(4)；

(5.2)在顶电极(5)的上表面，顶电极(5)、二氧化硅隔离层(2)和n型硅衬底(1)包围形成的梯形空间的内表面覆盖氟化石墨烯绝缘层(4)；其中，氟化石墨烯绝缘层(4)的转移方法为：将氟化石墨烯绝缘层(4)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氟化石墨烯绝缘层(4)；将聚甲基丙烯酸甲酯薄膜支撑的氟化石墨烯绝缘层(4)用去离子水清洗后转移到顶电极(5)的上表面，顶电极(5)、二氧化硅隔离层(2)和n型硅衬底(1)包围形成的梯形空间的内表面；最后用丙酮和异丙醇去除聚甲基丙烯酸甲酯薄膜；其中，所述刻蚀溶液由CuSO₄、HCl和水组成，CuSO₄：HCl：H₂O＝10g:50ml:50ml；

(6)在顶电极(5)的上表面以及氟化石墨烯绝缘层(4)上表面覆盖石墨烯薄膜(6)；其中，转移石墨烯薄膜(6)的方法与步骤(5)中转移氟化石墨烯绝缘层(4)的方法相同；

(7)在n型硅衬底(1)底部涂覆镓铟浆料，制备镓铟底电极(7)，与n型硅衬底(1)形成欧姆接触。