[发明专利]一种基于ZnSe薄膜/石墨烯异质结的大面积柔性图像传感器的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光探测领域，确切地说是一种基于ZnSe薄膜/石墨烯异质结的大面积柔性图像传感器的制备方法。

背景技术

随着可穿戴技术的发展，对于由光探测器阵列组成的柔性图像传感器的需求变得越来越紧迫，尤其是在医疗和安全应用领域。图像传感器已经被广泛应用于实际生活中，例如我们所熟悉的数码相机。然而，目前的图像传感器都是集成在硅基底上，硅的脆性导致其不具有柔性和可穿戴性。有机光敏材料被广泛用于光探测器和图像传感器研究，它的优点是重量轻，成本低并且拥有较好的柔性。但是，在空气中的不稳定性是它在被应用之前必须解决的一个难题。最近，基于一维纳米结构阵列的柔性图像传感器的原型器件已经被实现，显示了一维纳米结构阵列在未来柔性图像传感器研究中所具有的潜力。然而，将随机分布的一维纳米结构排列成有序的一维纳米结构阵列的过程，无可避免地对基于一维纳米结构的大面积图像传感器的构筑带来极大限制。

石墨烯是一种由碳原子通过sp²杂化构成的单原子层二维材料，具有良好的导电性和柔性。此外，石墨烯的加工与传统CMOS电子学相兼容。基于上述诸多特性，我们认为石墨烯在柔性图像传感器研究中将会发挥重要作用。更重要的是，近年来大面积高性能石墨烯薄膜的生长和转移技术得到长足发展，极大地推动了石墨烯的应用，尤其在透明电极领域。零带隙单层石墨烯吸光度低的问题可以通过与具有直接带隙的半导体薄膜相结合的方式加以解决。我们最近的工作以及其他团队的工作都已经表明，在与半导体薄膜光敏材料形成异质结以后，具有超高载流子迁移率的石墨烯薄膜为半导体光敏材料的光生载流子提供了快速传输通道，从而使得响应度高达10⁷ A/W的高性能光探测器被实现。值得注意的是，半导体薄膜也是柔性的，并且制备和加工工艺与传统CMOS电子学相兼容。因此，半导体薄膜/石墨烯异质结可以被认为是构筑柔性图像传感器的极佳选择。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于ZnSe薄膜/石墨烯异质结的大面积柔性图像传感器的制备方法

上述目的通过以下方案实现：

一种基于ZnSe薄膜/石墨烯异质结的大面积柔性图像传感器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1) 利用化学气相沉积法在铜箔上生长石墨烯，然后，将质量分数为4.5-5.5％的溶于苯甲醚的PMMA 溶液旋涂在石墨烯/铜箔基底上，接着将旋涂有PMMA的样品置于加热台上165-175 ℃烘烤4-6分钟，随后，在通有空气的等离子体机中刻蚀掉铜箔背面的石墨烯，再放置于 FeCl₃溶液中刻蚀掉铜箔，在稀盐酸和去离子水清洗后，用PET基底捞起支撑石墨烯的PMMA膜，风干后放入丙酮中浸泡4-6分钟去除PMMA；

(2) 在石墨烯薄膜转移到柔性的PET基底上后，利用掩膜板，在石墨烯/PET基底上沉积ZnSe微米带阵列，然后，通过掩模板使用电子束蒸发的方式在ZnSe/石墨烯异质结上沉积Cr/Au作为源级和漏极，最后，在氧等离子体中刻蚀掉暴露出的石墨烯薄膜后，即成功地制备出基于ZnSe薄膜/石墨烯异质结的大面积柔性图像传感器。

所述的一种基于ZnSe薄膜/石墨烯异质结的大面积柔性图像传感器的制备方法，其特征在于：PMMA 型号为Sigma Aldrich, #182265，分子量996 K。

所述的一种基于ZnSe薄膜/石墨烯异质结的大面积柔性图像传感器的制备方法，其特征在于：FeCl₃溶液浓度为1.8-2.2 mol/L。

所述的一种基于ZnSe薄膜/石墨烯异质结的大面积柔性图像传感器的制备方法，其特征在于：步骤（2）中在石墨烯/PET基底上沉积厚60 nm，宽30 μm的ZnSe微米带阵列。

所述的一种基于ZnSe薄膜/石墨烯异质结的大面积柔性图像传感器的制备方法，其特征在于：步骤（2）中在ZnSe/石墨烯异质结上沉积10 nmCr/100 nmAu 作为源级和漏极，其中沟道宽度为30 μm。