[发明专利]一种石墨烯/磷化铟光电探测器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光电探测器及其制备方法，尤其是一种石墨烯/磷化铟光电探测器及其制备方法，属于光电器件技术领域。

背景技术

石墨烯二维原子材料在2004年首次被发现并制备出来以后，更多的研究表明石墨烯材料具有优异的电学、光学和机械性质，如极高的载流子迁移率、很宽波长范围内的光响应、高的杨氏模量和柔韧性等。这些独特的性质使石墨烯有可能广泛地应用于光电子技术领域，包括光电探测器、太阳电池等。近年来，不少研究者进行石墨烯光探测器的应用研究，它的优势是可以实现超快和较宽波段的光谱响应。但由于石墨烯只有原子尺寸的厚度，吸收的光比较少（~2.3%），影响了光探测的响应度。寻找合适的材料与石墨烯结合或设计新的结构，增强其光探测响应，是研究和应用的重点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种响应度高，制备工艺简单的石墨烯/磷化铟光电探测器及其制备方法。

本发明的石墨烯/磷化铟光电探测器可以采用如下两种技术方案实现：

技术方案一

本发明的石墨烯/磷化铟光电探测器，自下而上依次有p型或n型掺杂的磷化铟层、石墨烯层和表面电极；

制备该光电探测器的方法是：将石墨烯转移至洁净的p型或n型掺杂磷化铟片上获得石墨烯层，再在石墨烯层上制作表面电极。

技术方案二

本发明的石墨烯/磷化铟光电探测器，自下而上依次有p型或n型掺杂的磷化铟层、绝缘层和表面电极，绝缘层面积占磷化铟层面积的5-90%，表面电极面积小于绝缘层面积，所述的光电探测器还设有石墨烯层，石墨烯层设置在磷化铟层上，并与表面电极接触。

制备该光电探测器的方法是：在洁净的p型或n型掺杂磷化铟片上生长绝缘层，并预留制作石墨烯层的面积，再在上述绝缘层上制作表面电极，最后将石墨烯转移至上述预留面积处，并使石墨烯与表面电极相接触。

本技术方案中，所述的绝缘层可以是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝或者氮化硼，其厚度通常为1-200nm。

上述两种技术方案中，所述的石墨烯层中石墨烯通常为1层至10层。

所述的表面电极通常为金、钯、银、钛、铬、镍、铂和铝中的一种或者几种的复合电极。

传统的体半导体材料，尤其是Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体,具有优异的光电性质。石墨烯与半导体材料结合，若两者的费米能级存在较大差异，可形成肖特基结。光照下，光子主要由半导体材料吸收并产生电子空穴对，在结势垒的作用下，电子或空穴注入石墨烯内。石墨烯内载流子数量随之发生变化，其电阻率也会改变。外界光强发生变化，注入的电子或空穴浓度也改变。石墨烯的电阻值变化即可反映对外界光照的探测响应情况。

此外，石墨烯的费米能级可以通过掺杂或外加电压调节，肖特基的势垒也相应改变，器件的光电探测性能也可进行调节。在Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体中，磷化铟是直接带隙材料，其禁带宽度最接近于太阳光谱能量的最优值（1.34ev），具有良好的光谱吸收和响应。

综上所述，本发明具有的有益效果是：与传统的光电探测器相比，本发明的石墨烯/磷化铟光电探测器利用石墨烯的高载流子迁移率和良好的光电响应及磷化铟优异光电性质，具有更好的光吸收及光探测响应性能；且其制备工艺简单，易于实现。

附图说明

图1为石墨烯/磷化铟光电探测器的一种结构的示意图；

图2为石墨烯/磷化铟光电探测器的另一种结构的示意图；

图3为实施例1制得的石墨烯/磷化铟光电探测器在光开关状态下的电流变化曲线。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

参照图1，本发明的石墨烯/磷化铟光电探测器，自下而上依次有p型或n型掺杂的磷化铟层1、石墨烯层2和表面电极3；或者如图2所示，自下而上依次有p型或n型掺杂的磷化铟层1、绝缘层4和表面电极3，绝缘层4面积占磷化铟层1面积的5-90%，表面电极3面积小于绝缘层4面积，所述的光电探测器还设有石墨烯层2，石墨烯层2设置在磷化铟层1上，并与表面电极3接触。

实施例1

1）将p型磷化铟片样品先后浸入丙酮、异丙醇溶液中进行表面清洗；

2）将单层石墨烯转移至经过清洗的磷化铟片上；

3）在石墨烯上利用热蒸发工艺沉积100nm金电极，得到石墨烯/磷化铟光电探测器。