[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

说明书

本发明公开了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。该方法先在石墨烯衬底上外延生长GaN纳米柱阵列，得到结构A；再在结构A表面旋涂PMMA并加热固化，得到结构B；接着湿法刻蚀去除结构B的衬底层，得到PMMA/GaN纳米柱阵列/石墨烯复合薄膜，并将其转移至镀上电极结构的柔性衬底上，转移后再旋涂PMMA并加热固化，使得第一层PMMA内部的应力得到释放，实现GaN纳米柱阵列/石墨烯与柔性衬底的完美贴合，防止裂纹和皱褶的出现，最后去除PMMA，得到柔性紫外探测器。本发明实现了紫外探测器的透明化、柔性化，可用于智能穿戴、弯曲显示、柔性传感成像等领域，经济效益可观。

技术领域

本发明属于紫外探测器领域，具体涉及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。

背景技术

柔性、可弯曲、便捷化半导体光电子器件以其轻质、灵活柔韧和智能高效等特点将对未来智能穿戴、弯曲显示、可植入器械等带来变革发展。众多光电子器件中，作为光电传感的不可缺少的部件，UV光开关或光电探测器因其在可见光通信、工业自动控制和紫外红外成像等各个领域都具有巨大的应用潜力，在过去几十年来受到了全世界众多研究者的特别关注。

目前，使用低维宽带隙半导体纳米材料，如GaN、ZnO和其它金属氧化物纳米结构以开发具有高度增强的响应性和光电导增益的柔性UV光开关或光电探测器，引起了强烈的研究关注。其中，GaN一维纳米阵列材料由于其独特的纳米结构诱导的量子约束效应，如增强的载流子迁移率、优异的光吸收/发射和几乎无位错密度等，成为近年来研究的热点。一方面，一维纳米柱巨大的表面体积比显著增加了光吸收，提高了光生载流子的密度。另一方面，低维纳米结构限制了电荷载流子的活性区域，缩短了载流子传输时间。

尽管GaN一维纳米阵列具有巨大的潜力，然而，高性能的GaN一维纳米阵列基器件往往是在刚性的非柔性衬底（如蓝宝石、硅、LiAlO₂、MgO等）上制备的，这是因为外延生长此类GaN一维纳米阵列基器件需要非常高的生长温度和晶格相匹配的单晶衬底，而柔性基板（如PET，ITO）上无法直接外延生长此类GaN一维纳米阵列，这种限制严重阻碍了快速增长的相关柔性或可穿戴应用需求[Kuykendall, T., Pauzauskie, P. J., Zhang, Y.,Goldberger, J., Sirbuly, D., Denlinger, J. and Yang, P. Crystallographicalignment of high-density gallium nitride nanowire arrays. Nature Materials,3 (2004) 524–528. doi:10.1038/nmat1177.]。

发明内容

为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种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。该制备方法工艺简单，能耗低，省时高效。

本发明的目的通过如下技术方案实现。

生长在石墨烯基板上GaN纳米柱阵列的柔性紫外探测器，自下至上依次包括柔性衬底、所述柔性衬底上的一对叉指电极、所述叉指电极上方的石墨烯层以及生长在石墨烯层上面的GaN纳米柱阵列。

进一步地，所述柔性衬底为PET、PDMS、或ITO材料。

进一步地，所述叉指电极为一层Au金属；所述叉指电极的厚度为100~120 nm；所述叉指电极的长度为280~300 μm，宽度为5~15 μm，电极间距为5~20 μm，对数为20~24对。

进一步地，所述GaN纳米柱阵列中GaN纳米柱的长度为300~380 nm，直径为60~80nm；所述GaN纳米柱阵列的密度为5.0×10⁹ ~ 9.0×10⁹ /cm²。