[发明专利]基于石墨烯的柔性光探测装置及其制造方法

说明书

本公开涉及一种基于石墨烯的柔性光探测装置及其制造方法。该方法包括制备单层石墨烯、制备柔性衬底上的第一金属电极和第二金属电极、制造n型石墨烯和p型石墨烯、制造透明栅极层的步骤。本公开实施例所提供的基于石墨烯的柔性光探测装置及其制造方法，制造装置的加工过程简单。使用同一种半导体实现了装置的制造，使得装置的制造效率高、成本低，且克服了相关技术中的界面问题、晶格不匹配问题。所制造的装置机械性能好，耐化学、耐酸耐碱性好，提高了装置的耐久性、稳定性和可靠性，且具有柔性适用于柔性电子领域。

技术领域

本公开涉及柔性电子技术领域，尤其涉及一种基于石墨烯的柔性光探测装置及其制造方法。

背景技术

光探测器是基于辐射引起被照射材料电导率发生改变一种功能强大的电子器件。它的应用十分广泛，在可见光或近红外波段主要用于射线测量和探测、工业自动控制、光度计量等；在红外波段主要用于导弹制导、红外热成像、红外遥感等。其可以分为：光电管、光敏电阻、光电二极管、光电倍增管、光电池、四像限探测器、热电偶、热敏电阻、热释电探测器等。其所利用原理的分为外光电效应与内光电效应。内光电效应又分为光电导效应与光生伏特效应。外光电效应是指在光线的作用下物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象，多发生于金属、金属氧化物等材料。内光电效应是指当光照射在物体上，使物体电阻率发生变化或产生光生电动势的现象，多发生于半导体内。

基于半导体异质结型的光探测器，由p型半导体与n型半导体组成，以其对光吸收的角度选择性、较宽波长范围的宽频吸收、可调控性等优势，是近年来研究热点。光探测器的重要参数是检测度与灵敏度。目前，基于钙钛矿吸收率高、载流子自由程长、不容易复合、寿命长的光探测器最受关注。然而，钙钛矿存在稳定性差、不耐溶剂的确定限制了其应用。因此，相关技术中基于石墨烯的光探测器成为替代性选择。然而，由于石墨烯碳半导体0带隙，没有光伏效应，一般需要与其他材料组装在一起，实现光探测功能。虽然大大提高了灵敏度与检测度，但光探测器的加工复杂、效率低、成本高。且所制造的光探测器的硬度高，难以适应现阶段柔性电子领域的使用需求。

发明内容

有鉴于此，本公开提出了一种一种基于石墨烯的柔性光探测装置及其制造方法。

根据本公开的一方面，提供了一种基于石墨烯的柔性光探测装置的制造方法，用于制造基于石墨烯的柔性光探测装置，所述方法包括：

按照预设形状对预先制备的金属层进行刻蚀，得到刻蚀后金属层，所述刻蚀后金属层上具有固定部；

采用化学气相沉积的方式，在利用所述固定部被固定的所述刻蚀后金属层上生长第一单层石墨烯；

在所述第一单层石墨烯上制备临时衬底层之后，去除所述刻蚀后金属层；

将带有所述临时衬底层的所述第一单层石墨烯转移至预先制备好的柔性衬底上的第一金属电极上，并去除所述临时衬底层；

对所述第一单层石墨烯进行选择性掺杂，得到掺杂后石墨烯；

将预先制备好的未掺杂单层石墨烯放置于所述柔性衬底上的第二金属电极上，且使得所述未掺杂单层石墨烯与所述掺杂后石墨烯之间存在接触区域；

制备所述装置顶部的透明栅极层，所述透明栅极层的部分区域覆盖在所述未掺杂单层石墨烯上与所述接触区域相对应的位置，得到柔性光探测装置。

在一种可能的实现方式中，采用化学气相沉积的方式在所述刻蚀后金属层上生长第一单层石墨烯，包括：

利用所述固定部，将所述刻蚀后金属层固定放置于真空的石英管中之后，向所述石英管加压至预设压力后，通入氢气并加热至第一温度，并保持所述第一温度持续第一时长；

以第一流速继续向所述石英管中通入氢气，同时以第二流速通入甲烷气体，使得所述刻蚀后金属层上生长出石墨烯；