[发明专利]基于掺硼硅量子点/石墨烯/二氧化硅的光电导探测器及制备方法

摘要

本发明公开了一种基于掺硼硅量子点/石墨烯/二氧化硅的光电导探测器及制备方法，该光电导探测器包括p型硅衬底、二氧化硅隔离层、顶电极、石墨烯薄膜、掺硼硅量子点薄膜和底电极；本发明光电导探测器可以进行宽光谱探测，解决了传统硅基PIN结对红外探测响应低的问题；该探测器以石墨烯作为有源层和透明电极，消除死层，增强入射光的吸收；二氧化硅隔离层减少了硅表面态的影响；在较小偏压即可正常工作，掺硼硅量子点层吸收光转化为光生载流子，产生的光生载流子(空穴电子对)在内建电场作用下被分离，能够获得超高的增益；本发明采用的制备工艺简单，成本低廉，具有响应度高，响应速度快，内部增益大，开关比小，易于集成的特点。

主权项

1.一种制备基于掺硼硅量子点/石墨烯/二氧化硅的光电导探测器的方法，其特征在于，所述基于掺硼硅量子点/石墨烯/二氧化硅的光电导探测器包括：p型硅衬底(1)、二氧化硅隔离层(2)、顶电极(3)、石墨烯薄膜(4)、掺硼硅量子点薄膜(5)和底电极(6)；其中，所述p型硅衬底(1)的上表面覆盖二氧化硅隔离层(2)，在二氧化硅隔离层(2)的上表面覆盖两块顶电极(3)，在两块顶电极(3)上表面及两块顶电极(3)之间的二氧化硅隔离层(2)上表面覆盖石墨烯薄膜(4)，在石墨烯薄膜(4)上表面覆盖掺硼硅量子点薄膜(5)，在p型硅衬底(1)下表面设置底电极(6)；该制备方法包括以下步骤：(1)在p型硅衬底(1)的上表面氧化生长二氧化硅隔离层(2)，所用p型硅衬底(1)的电阻率为<0.01Ω·cm；二氧化硅隔离层(2)的厚度为100nm，生长温度为900～1200℃；(2)在二氧化硅隔离层(2)表面光刻出两块顶电极(3)图形，然后采用电子束蒸发技术，首先生长厚度约为5nm的铬黏附层，然后生长厚度为60nm的顶电极(3)；(3)石墨烯薄膜(4)的制备：采用化学气相沉积方法在铜箔基底上制备石墨烯薄膜(4)；(4)在两块顶电极(3)上表面及两块顶电极(3)之间的二氧化硅隔离层(2)上表面覆盖石墨烯薄膜(4)；其中，石墨烯的转移方法为：将石墨烯薄膜(4)表面均匀涂覆一层聚甲基丙烯酸甲酯薄膜，然后放入刻蚀溶液中4h腐蚀去除铜箔，留下由聚甲基丙烯酸甲酯支撑的石墨烯薄膜(4)；将聚甲基丙烯酸甲酯支撑的石墨烯薄膜(4)用去离子水清洗后转移到二氧化硅隔离层(2)和顶电极(3)的上表面；最后用丙酮和异丙醇去除聚甲基丙烯酸甲酯；其中，所述刻蚀溶液由CuSO4、HCl和水组成，CuSO4：HCl：H2O＝10g:50ml:50ml；(5)在图形化的器件表面旋涂一层掺硼硅量子点薄膜(5)，掺硼硅量子点在可见光和红外波段都有吸收，在红外波段有明显的吸收峰，粒径大小6nm，转速2000rpm，30s；膜厚为105nm；(6)在p型硅衬底(1)底部涂覆镓铟浆料，制备镓铟底电极(6)，与p型硅衬底(1)形成欧姆接触。