[发明专利]一种制备柔性透明的石墨烯/硅金属-半导体-金属光电探测器的方法

说明书

本发明公开了一种制备柔性透明的石墨烯/硅金属‑半导体‑金属光电探测器的方法，包括：将SOI硅衬底的硅薄膜刻蚀成硅条；在SOI硅衬底的二氧化硅隔离层上表面光刻出金电极图形，镀金电极；制备单晶石墨烯薄膜；在二氧化硅隔离层、硅条和金电极上表面覆盖单晶石墨烯薄膜；将单晶石墨烯薄膜图形化成叉指型；在图形化的器件上表面覆盖PC薄膜，刮去边缘PC膜，放进BOE刻蚀液中刻蚀掉硅衬底；本发明光电探测器可以进行宽光谱探测，解决了传统硅基PIN结对紫外光探测响应低的问题，光生载流子与硅晶格产生碰撞离子化，获得很高的增益；本发明制备工艺简单，成本低廉，具有响应度高，响应速度快，内部增益大，开关比小，易于集成的特点。

技术领域

本发明属于光电探测技术领域，涉及光电探测器件结构，尤其涉及一种制备柔性透明的石墨烯/硅金属-半导体-金属光电探测器的方法

背景技术

良好的导电性，较高的光学透明度和良好的机械灵活性使得石墨烯成为下一代柔性电子器件的有比较好的应用前景。其中石墨烯与半导体结合形成肖特基结，可应用于电子和光电子领域。虽然有机半导体本质上是灵活的，但石墨烯-半导体肖特基结是柔性电子器件的理想选择。然而，诸如稳定性差，不可重复响应和器件性能差等主要问题，特别是与硅基器件相比，限制了其更广泛的应用。此外，与单晶硅相比，有机半导体具有较低的迁移率。

硅作为二十世纪最重要的半导体材料之一，一直推动着电子，光电子和太阳能电池行业的巨大成功，其中多以单晶、多晶硅晶片和无定形以及纳米晶体薄膜的形式使用。由于硅适宜的带隙结构，成熟的CMOS制造技术，高可靠性，良好控制的表面状态和低成本的可扩展生产以及高速光电检测，使硅成为用于光电检测器的理想半导体材料。然而体硅晶体的刚度限制了其在柔性光电探测器领域的应用，特别是柔性检测电子器件方面。但是，当Si薄膜减薄到小于50微米时，应用柔韧性较好，容易弯曲，并且可以用普通剪刀剪切，使其在柔性电子应用中有一定的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种制备柔性透明的石墨烯/硅金属-半导体-金属(MSM)光电探测器的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种制备柔性透明的石墨烯/硅金属-半导体-金属光电探测器的方法，包括以下步骤：

(1)将SOI硅衬底的硅薄膜采用深能级反应刻蚀机ICP刻蚀成矩形的硅条，所述SOI硅衬底从上至下包括硅薄膜、二氧化硅隔离层和硅衬底；

(2)在二氧化硅隔离层上表面光刻出位于硅条两侧、且平行于硅条的金电极图形，然后采用电子束蒸发技术镀金电极；

(3)采用化学气相沉积方法在铜箔基底上制备单晶石墨烯薄膜；

(4)在二氧化硅隔离层、硅条和金电极上表面覆盖单晶石墨烯薄膜；

(5)将单晶石墨烯薄膜采用光刻技术图形化成叉指型，随后利用等离子体刻蚀去除多余的石墨烯，图形化后的单晶石墨烯薄膜的覆盖范围在金电极包围的范围内；

(6)在步骤得到的图形化的器件上表面覆盖PC薄膜，刮去边缘PC膜，并放进BOE刻蚀液中刻蚀掉硅衬底，制备出柔性透明超薄的石墨烯/硅金属-半导体-金属光电探测器。

进一步地，所述步骤中，所述硅薄膜厚度为200nm，硅条厚度为200nm，二氧化硅隔离层厚度为100nm。

进一步地，所述步骤中，首先在二氧化硅隔离层上生长厚度为5nm的铬黏附层，然后生长60nm的金电极。