[发明专利]一种核-壳结构量子点宽光谱光电探测器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种核‑壳结构量子点宽光谱光电探测器及其制备方法；所述光电探测器包括从下到上依次层叠的单晶硅衬底层、氧化硅绝缘层和石墨烯沟道层；所述石墨烯沟道层上设置有交叉周期排列的源极电极和漏极电极；所述源极电极和漏极电极的叉指之间形成石墨烯沟道；所述石墨烯沟道内旋涂有核‑壳结构量子点光敏介质层。本发明可对紫外至中红外波段的光有明显的吸收作用，其宽光谱吸收特性极大的扩展了器件的光谱响应范围，使器件具有较高的光响应度。同时，在一定频率光照射下，核‑壳结构量子点产生电子‑空穴对，在内建电场的作用下空穴转移到石墨烯中，电子被核‑壳结构量子点俘获，极大地提升了载流子的分离效率，提高了载流子的寿命。

技术领域

本发明属于光电探测领域，具体涉及一种核-壳结构量子点宽光谱光电探测器及其制备方法。

背景技术

光电探测器是一种能够将光信号转变成电信号的光电器件，是光电系统的重要组成部分，一般可以简单的分为光伏型器件和光电导型器件。光电探测器在智能家居、光通信、环境与安全监测、光电集成电路等领域有着实际应用价值。其中超高灵敏度的光电探测器在现代光通信、生物医学研究、环境监测等领域有着突出的贡献。

石墨烯是由单层碳原子按照蜂窝状结构排列的二维材料，具有优异的电子学、光学、热学和力学等性质，基于这些优异的性质，引起了科研人员的广泛关注，使得石墨烯用于高频和高速电子器件，场效应晶体管和反相器成为可能。基于石墨烯的光电探测器利用的是石墨烯材料的宽光谱吸收特性、室温下超高的载流子迁移率和超快的光响应速度，使其成为制作快速光电探测器的理想材料。但由于本征石墨烯的光吸收率很小（单层石墨烯对可见光、近红外光的吸收率仅为2.3%）并且电子空穴对复合率高、寿命低等缺陷导致其光电增益很小，从而极大的限制了器件的光响应度；石墨烯的零带隙导致其无法存在开或关的状态，这也限制了石墨烯的应用。因此克服石墨烯的缺陷并提高光电探测器的性能是目前主要的研究方向。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种核-壳结构量子点宽光谱光电探测器及其制备方法，以解决现有技术中存在的增益和响应度较差的问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种核-壳结构量子点宽光谱光电探测器，从下到上依次为层叠的单晶硅衬底层、氧化硅绝缘层和石墨烯沟道层；所述石墨烯沟道层上设置有交叉周期性纳米结构排列的源极电极和漏极电极；所述源极电极和漏极电极的叉指之间形成石墨烯沟道；所述石墨烯沟道内旋涂有核-壳结构量子点光敏介质层。

进一步的，所述单晶硅衬底层为重掺杂N型硅衬底或重掺杂P型硅衬底；所述氧化硅绝缘层的材料为二氧化硅；所述单晶硅衬底层和氧化硅绝缘层的尺寸相同。

进一步的，所述石墨烯沟道层为单层或少层石墨烯层；所述石墨烯沟道层的厚度为0.33~3.3nm。

进一步的，所述石墨烯沟道层的面积小于氧化硅绝缘层的面积。

进一步的，所述源极电极和漏极电极的尺寸和厚度均相同；所述源极电极的电极材料为铂；所述漏极电极的电极材料为金，采用不同的金属电极可以打破源漏极间对称的电势梯度分布，提高光探测效率。

进一步的，所述核-壳结构量子点层为CdSe-ZnS、CdSe-CdS、CdS-ZnS或CdS-ZnSe核-壳结构量子点；所述核-壳结构量子点粒径为10~15nm；所述核-壳结构量子点层的厚度为30~60nm，光谱吸收范围是250~1600nm。

一种核-壳结构量子点宽光谱光电探测器的制备方法，包括以下步骤：

将单晶硅衬底层超声清洗，吹干备用；

通过热氧化法在单晶硅衬底层上制备氧化硅绝缘层；

通过增强型化学气相沉积法在铜箔上面生长石墨烯，生长完毕后腐蚀掉铜箔，将石墨烯薄膜转移到氧化硅绝缘层上；