[发明专利]一种近红外光敏晶体管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电元件技术领域，特别涉及一种近红外光敏晶体管及其制备方法。

背景技术

高灵敏度的光电探测器件是图像传感器的重要部件，由于常见的有机光电探测器(如光电二极管和有机双极光电晶体管等)存在着激子快速湮灭和增益小等方面的不足，使得其在应用中受到一定的限制。

2004年，英国曼彻斯特大学两位科学家K.S.Novoselov和A.K.Geim从高定向石墨中首次成功剥离出只有一个碳原子层的二维平面晶体材料-石墨烯，并利用其制备出石墨烯场效应光敏晶体管，获得了石墨烯作为二维晶体材料独特的电学特性。至此之后，石墨烯立即在材料、物理、化学、生物和电子信息等领域引起了极大的研究热情。最近几年来，越来越多的学者开始致力于把石墨烯材料引入电子工业，希望利用其特点制作出各种功能的电子器件，例如场效应晶体管、透明电极、传感器、触摸屏和超级电容器等。

石墨烯具有许多独特的物理特性，如：双极性场效应，在电场的作用下能够从n型连续地变为p型，载流子浓度可以达到1×10¹³cm^-2；超高的迁移率，在室温时的亚微米尺寸下，依然保持超高的电子迁移速率1.5×10⁴cm²V^-1S^-1；带隙调控；量子霍尔效应；透光性等。上述特性使得石墨烯成为制备场效应晶体管的良好材料，而目前针对石墨烯电子器件的研究也大部分都集中于场效应晶体管领域。

石墨烯场效应晶体管以其固有的晶体管放大功能体管被认为是一种优良的传感器候选材料，以其高载流子迁移率60000cm²V^-1s^-1及宽波长吸收被广泛用于光敏晶体管领域。但是单层石墨烯吸光率只有2％，使得石墨烯光探测器的探测灵敏度非常低≤6.1mAW^-1，因此其只能被用于探测强光。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高响应率的近红外光敏晶体管及其制备方法。

本发明提供了一种近红外光敏晶体管，包括依次设置的单晶硅基底、二氧化硅层、石墨烯层和相对设置的电极对，所述电极对间设置有硒化铅量子点层。

优选的，所述硒化铅量子点层的厚度为5～30nm。

优选的，所述硒化铅量子点的粒径为5～7nm。

优选的，所述石墨烯层的材质为单层石墨烯。

优选的，所述石墨烯层的厚度为0.2～0.5nm。

优选的，所述电极对的厚度独立为60～80nm。

优选的，所述电极对的材质为金、银或铝。

优选的，所述二氧化硅层的厚度为280～320nm。

优选的，所述单晶硅基底的厚度为180～220μm。

本发明还提供了上述技术方案所述近红外光敏晶体管的制备方法，包括以下步骤：

(1)将单晶硅基底表面的二氧化硅层进行刻蚀，得到单晶硅-二氧化硅复合材料；

(2)将石墨烯平铺于所述步骤(1)得到的单晶硅-二氧化硅复合材料中二氧化硅层的表面，得到单晶硅-二氧化硅-石墨烯复合材料；

(3)在所述步骤(2)得到的单晶硅-二氧化硅-石墨烯复合材料中石墨烯层的表面蒸镀电极对，得到石墨烯晶体管；

(4)在所述步骤(3)得到的石墨烯晶体管的电极对间的石墨烯层表面涂覆硒化铅量子点，得到近红外光敏晶体管。

本发明提供了一种近红外光敏晶体管，包括依次设置的单晶硅基底、二氧化硅层、石墨烯层和相对设置的电极对，所述电极对间设置有硒化铅量子点层。本发明提供的近红外光敏晶体管通过石墨烯提高载流子的迁移率，通过硒化铅量子点使近红外光敏晶体管对不同波长光具有灵敏的响应，得到的近红外光敏晶体管同时具有高响应率和快响应速度。实验结果表明，本发明提供的近红外光敏晶体管探测器探测波长可达1550nm，且响应灵敏度可达10⁸A/W。

附图说明

图1为本发明实施例1使用的单层石墨烯的拉曼光谱图；

图2为本发明实施例1使用的硒化铅量子点的TEM图；

图3为本发明实施例1使用的硒化铅量子点的XRD图谱；

图4为本发明实施例1使用的硒化铅量子点的紫外吸收光谱；

图5为本发明实施例1制备的近红外光敏晶体管的结构示意图；