[发明专利]基于石墨烯和II‑VI族半导体轴向p‑n结纳米线阵列的柔性光电子器件及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及纳米光电子器件领域，特别是涉及一种基于石墨烯和II-VI族半导体轴向p-n结纳米线阵列的柔性光电子器件及其制备方法 。

背景技术：

伴随着社会的高速信息化，人与信息的有机融合已成为未来信息技术的重要发展趋势，而作为信息载体的各类电子器件一旦实现柔性化，必将从本质上促进人与信息的高效交互。因此全球学术界和产业界都将目光投向代表未来发展方向的柔性电子技术。其概念来源于对有机电子学的研究，但有机半导体材料由于本身特性的限制而无法在强调高性能和高稳定性的现代电子系统中广泛应用(A.J.Baca，J.H.Ahn，Y.G.Sun，M.A.Meitl，E.Menard，H.S.Kim，W.M.Choi，D.H.Kim，Y.Huang，J.A.Rogers，Angew.Chem.Int.Ed.，47，5524(2008))。于是，伊利若依大学Rogers教授和Huang教授提出基于传统无机半导体的柔性电子器件，他们利用现有半导体硅工艺制备无机功能薄膜器件，然后转移至柔性衬底，在释放预拉伸应变的收缩作用下将无机功能器件整体屈曲，从而实现整个器件具备可延展柔性(A.J.Baca，J.H.Ahn，Y.G.Sun，M.A.Meitl，E.Menard，H.S.Kim，W.M.Choi，D.H.Kim，Y.Huang，J.A.Rogers，Angew.Chem.Int.Ed.，47，5524(2008))。但是此类器件延展性较低，而为了获取更大延展性往往会将无机薄膜化整体为局部，并通过导线连接各个功能部分。此举会使薄膜在整个器件中的有效面积减少，进而降低器件密度。因此，如何处理延展性和器件密度这一对矛盾体成为现阶段柔性无机电子器件发展面临的主要问题。

发明内容：

本发明针对现有技术的不足，提出了一种基于石墨烯和II-VI族半导体轴向p-n结纳米线阵列的柔性光电子器件及其制备方法，以实现具有高器件密度和延展性的柔性无机光电子器件。

为了实现上述目的，本发明提出了一种基于石墨烯和II-VI族半导体轴向p-n结纳米线阵列的柔性光电子器件，其特征在于：包括一层柔性衬底(1)，所述柔性衬底(1)上设有石墨烯层(2)，所述石墨烯层(2)上设有由p-型II-VI族半导体纳米线部分(3)和n-型II-VI族半导体纳米线部分(4)组成的II-VI族半导体轴向p-n结纳米线的阵列结构，所述II-VI族半导体轴向p-n结纳米线阵列缝隙中设有PMMA(PolymethylMethacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)绝缘层(5)，所述n-型II-VI族半导体纳米线部分(4)阵列头部裸露在所述PMMA绝缘层(5)之外，所述PMMA绝缘层(5)之上设有铝电极(6)，所述石墨烯层(2)裸露一侧之上设有金/钛电极(7)。

作为优选，所述柔性衬底(1)为PET(Polyethylene terephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PDMS(Polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)、PEN(polyethylene naphthalate，聚萘二甲酸乙二醇酯)或PI(Polyimide，聚酰亚胺)。

作为优选，所述石墨烯层(2)为单层或数层石墨烯。

作为优选，所述p-型II-VI族半导体纳米线部分(3)为p-型ZnSe，ZnS，ZnTe，CdSe，CdS或CdTe纳米线，所述p-型II-VI族半导体纳米线部分(3)的直径为100-500nm，长度为5-10μm；所述的n-型II-VI族半导体纳米线部分(4)为n-型ZnSe，ZnS，ZnTe，CdSe，CdS或CdTe纳米线，所述的n-型II-VI族半导体纳米线部分(4)的直径为100-500nm，长度为5-10μm；所述的p-型II-VI族半导体纳米线部分(3)与所述的n-型II-VI族半导体纳米线部分(4)构成II-VI族半导体轴向p-n结纳米线。

作为优选，所述铝电极(6)形状为正方形网格状；所述铝电极(6)厚度为100-200nm，宽度为3-5μm。作为优选，所述金/钛电极(7)中金层的厚度为100-200nm，钛层的厚度为5-10nm，金层在上，钛层在下。为实现上述目的，本发明的制备方法包括如下步骤：

1)将石墨烯层置于覆盖有二氧化硅的硅衬底上；

2)利用电子束蒸镀法在石墨烯层上蒸镀5-10nm金纳米颗粒薄膜，用于II-VI族半导体轴向p-n结纳米线生长过程中的催化成核；

3)使用化学气相沉积法在水平管式炉中制备生长于石墨烯层之上的II-VI族半导体轴向p-n结纳米线阵列；