[发明专利]生长在石墨烯基板上GaN纳米柱阵列的无损伤转移工艺获得柔性紫外探测器及方法

权利要求书

1.生长在石墨烯基板上GaN纳米柱阵列的柔性紫外探测器，其特征在于，自下至上依次包括柔性衬底（6）、所述柔性衬底上的一对叉指电极（5）、所述叉指电极上方的石墨烯层（2）以及生长在石墨烯层（2）上面的GaN纳米柱阵列（3）。

2.根据权利要求1所述的生长在石墨烯基板上GaN纳米柱阵列的柔性紫外探测器，其特征在于，所述GaN纳米柱阵列中GaN纳米柱的长度为300~380 nm，直径为60~80 nm；所述GaN纳米柱的密度为5.0×10⁹ ~ 9.0×10⁹ /cm²。

3.制备权利要求1-2任一项所述的生长在石墨烯基板上GaN纳米柱阵列的柔性紫外探测器的方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将石墨烯基底置于射频辅助分子束外延设备中，在石墨烯表面生长GaN纳米柱阵列，形成GaN纳米柱阵列/石墨烯/衬底结构；

（2）在步骤（1）所得GaN纳米柱阵列表面旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯并加热固化，形成PMMA/GaN纳米柱阵列/石墨烯/衬底结构；

（3）利用湿法刻蚀工艺去除步骤（2）获得的结构的衬底层，得到PMMA/GaN纳米柱阵列/石墨烯复合薄膜，并将PMMA/GaN纳米柱阵列/石墨烯复合薄膜转移至镀上叉指电极结构的柔性衬底上；

（4）在步骤（3）转移后的PMMA/GaN纳米柱阵列/石墨烯/电极柔性衬底表面再旋涂一层聚甲基丙烯酸甲酯并加热固化，再用去离子水清洗，然后干燥，最后去除表面的PMMA，烘干，得到生长在石墨烯基板上GaN纳米柱阵列的柔性紫外探测器。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述石墨烯是通过一般化学气相沉积工艺在铜箔衬底上生长获得或是通过等离子增强化学气相沉积工艺在SiO₂/Si衬底上生长获得的。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，所述在石墨烯表面生长GaN纳米柱阵列的工艺条件为：先利用机械泵及分子泵抽真空至生长腔体内压力维持为2×10^-9~4×10^-9 Torr，将衬底温度升至960~980 ℃，用离子束等效压力对Ga的束流进行了精确的测定，然后开始进行生长，所述生长分为两步，第一步，先通入H₂/N₂等离子体对石墨烯进行氢化和氮化处理，时间为3~4 min，H₂/N₂流量设为(1.0~1.5)/(2.5~3.0) sccm，射频等离子体功率为390~400 W；第二步，停止通入H₂，N₂流量设为2.0~2.2 sccm，射频等离子体功率设为360~380 W，接着开启Ga源束流，Ga-BEP设定为6.5×10^-8 ~7.5×10^-8 Torr，总生长时间为4.0~4.5 h。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，PMMA旋涂工艺为：将步骤（1）得到的GaN纳米柱阵列/石墨烯/衬底结构放在匀胶机的转盘上，用1.6~1.8wt%的PMMA溶液涂覆在表面，并设置两步转速：低速400-500 rpm，5~6 s；高速3500~4000 rpm，28~30 s；所述加热固化的工艺为：加热温度140~150 ℃，加热时间为2~3min。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，利用湿法刻蚀工艺去除步骤（2）获得的结构的衬底层的工艺为：若石墨烯是通过一般化学气相沉积工艺在铜箔衬底上生长获得，则采用0.05~0.06 g/ml的硝酸铁溶液刻蚀铜箔，时间为10~12 h；若石墨烯是通过等离子增强化学气相沉积工艺在SiO₂/Si衬底上生长获得的，则采用B.O.E 缓冲蚀刻液刻蚀二氧化硅，时间为30~45 min。