[发明专利]一种缺陷态石墨烯/半导体异质结光电探测器

说明书

本发明公开了一种缺陷态石墨烯/半导体异质结光电探测器，所述光电探测器具有两层结构，一层为半导体层，另一层为缺陷态石墨烯层，所述缺陷态石墨烯层与半导体层贴合；缺陷态石墨烯层厚度为10‑100nm，所述缺陷态石墨烯层中含有缺陷态sp³/sp²碳含量比为1％‑40％。本发明中采用抽滤的方法制备薄膜，保证了薄膜的均匀性以及器件的稳定性；通过控制烧结工艺，制备缺陷态石墨烯薄膜，在异质结中引入缺陷态，增加电子向声子散射，引起热效应，进而提高光响应。相比无缺陷态石墨烯/半导体异质结光电探测器，缺陷态的引入，实现外量子效率量级提升。

技术领域

本发明属于光电探测器技术领域，尤其涉及一种缺陷态石墨烯/半导体异质结光电探测器。

背景技术

随着技术的发展，光电探测范围从可见光拓宽到紫外、红外、X射线，甚至太赫兹波段，在国民经济乃至国防军事中都起着至关重要的作用。但纵观光电探测器的发展进程，寻求高响应，室温宽波段光电探测器，依旧是重要的研究方向。缺陷态石墨烯/半导体异质结光电探测器是其中之一，它是应用石墨烯(4.5eV)和半导体功函的不同而构建异质结，当光照射到异质结，缺陷态石墨烯吸收光，光子能量发生跃迁，产生光生载流子，光生载流子在外加偏压的作用下，传输到异质结界面，实现光电转换。

但是传统的石墨烯/半导体异质结光电探测器是应用单层石墨烯或者少层机械剥离石墨烯作为金属材料，其存在以下几方面的问题，其一，石墨烯厚度低，吸光率太低；其二，少层石墨烯面积太小，不适合大量制备。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种缺陷态石墨烯/半导体异质结光电探测器。通过设计了纳米量级石墨烯膜，增加光吸收，克服传了统石墨烯存在的以上各种问题。并通过烧结得到不同缺陷态含量的纳米量级石墨烯薄膜，通过缺陷态的引入，增加电子向声子散射，引起热效应，提高光响应。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种缺陷态石墨烯/半导体异质结光电探测器，所述光电探测器具有两层结构，一层为半导体层，另一层为缺陷态石墨烯层，所述缺陷态石墨烯层与半导体层贴合；缺陷态石墨烯层厚度为10-100nm，所述缺陷态石墨烯层中含有缺陷态sp³/sp²碳含量比为1％-40％。所述缺陷态石墨烯层通过以下方法制备得到：

(1)在AAO基底上抽滤得到纳米厚度氧化石墨烯膜，所述氧化石墨烯膜负载在AAO基底上；

(2)将负载有氧化石墨烯膜的AAO基底，在60-120℃下进行化学还原，还原时间为6-12h，得到负载还原氧化石墨烯膜的AAO基底；

(3)将负载还原氧化石墨烯膜的AAO基底通过樟脑在120-200℃下剥离，并在60℃下除去樟脑；得到还原氧化石墨烯薄膜；

(4)将步骤3得到的还原氧化石墨烯薄膜在1600-2000℃烧结1min-8h，制备得到缺陷态纳米厚度石墨烯薄膜。

进一步地，步骤2中化学还原的方法为氢碘酸还原。

进一步地，所述半导体可以是Si,Ge,SiC,AlN,AlP,AlAs,AlSb,GaN,GaP,GaAs,GaSb,InN,InP,InAs,InSb,ZnO,ZnS,ZnSe,ZnTe,CdS,CdSe,CdTe,HgSe,HgTe,PbS,PbSe,PbTe等。

本发明的有益效果在于：本发明用抽滤的方法制备氧化石墨烯薄膜，保证了氧化石墨烯薄膜的均匀性以及器件的稳定性；通过控制烧结工艺，制备缺陷态石墨烯薄膜，在异质结中引入缺陷态，增加电子向声子散射，引起热效应，进而提高光响应。相比无缺陷态石墨烯/半导体异质结光电探测器，缺陷态的引入，实现外量子效率在量级上的提升。另外，相对于少层石墨烯，本申请制备的薄膜尺寸大，可操作性更强。

附图说明