[发明专利]基于温度调节性能的石墨烯仿生光探测器及其制备方法

说明书

本发明提供一种基于温度调节性能的石墨烯仿生光探测器及其制备方法，所述制备方法包括：1)提供石墨烯及微加热器平台，并将所述石墨烯转移至所述微加热器平台上；2)将步骤1)所得到的结构置于化学气相沉积反应炉中退火；3)于退火后的所述石墨烯表面通过试剂进行修饰，形成具有活性基团的活性薄膜；4)于所述活性薄膜表面形成光受体蛋白。本发明通过采用悬膜式的加热结构连接石墨烯，并在石墨烯表面修饰光受体蛋白，一方面采用光受体蛋白实现波长选择性，提高光吸收率；另一方面采用悬膜式加热结构，减少衬底对石墨烯性能的影响，更可以通过加热电压来调节工作温度，从而调节光生载流子迁移率和浓度，以提高光探测器件的性能。

技术领域

本发明属于光电探测技术领域，尤其涉及一种基于温度调节性能的石墨烯仿生光探测器及其制作方法。

背景技术

光电探测器在日常生活以及军事领域有着广泛的应用，并且不同波段的光电探测器有着不同的应用。紫外波段用于观测地面低层大气紫外线强度变化以及太阳物理，临震预报研究等；可见光或近红外波段用于射线测量和探测、工业自动控制、光度计量等；红外波段用于导弹制导、红外热成像、红外遥感等方面。不同波段的光电探测器，对于不同领域有着重要意义。

光受体蛋白一类对光敏感的生物分子，覆盖的波长可由红外区至紫外光区，具有波长选择性好，对光的响应速度快、吸收率高的特点。使用光受体蛋白制备的光传感器将会具备比传统光探测器更加简单的结构，更低廉的制造成本以及更高的灵敏度。

传统的半导体材料的光探测器，虽然性能优异，但材料制备困难，且对工作环境要求高，探测器成本高。石墨烯作为一种独特的二维材料，室温下具有超高的载流子迁移率、超宽的光吸收谱(从紫外至远红外)，使得其在实现高速、宽光谱的低成本光探测方面极具潜力。另外，石墨烯超高的比表面积和优异的导电性使其成为酶或者蛋白质的氧化还原中心和电极表面之间的良好电子传输通道。通过对石墨烯修饰目标分子，既能快速传递电子，又能实现生物分子的选择性检测，因此石墨烯也是制备生物传感器的理想材料。

但是，石墨烯用于光探测也存在明显的劣势：本征石墨烯对光的吸收率低、缺乏光增益机制，导致器件的光响应率较低；石墨烯自身的光生载流子寿命短，仅皮秒左右，导致光生载流子难以有效收集，也严重影响探测器的光响应率，石墨烯探测器的低响应率无法满足实际应用的需要。此外，衬底材料会显著影响石墨烯的性质，例如，SiO₂衬底的不纯和声子振动，会导致石墨烯中载流子散射，严重降低石墨烯载流子的迁移率；石墨烯声子和衬底声子的相互作用，使其热电导率降低本征石墨烯的五分之一。因此，提高载流子的迁移率对石墨烯光探测有重要意义。

因此，如何简单、高效地提高光生载流子的浓度、迁移率，提高器件的灵敏度是本领域的技术人员渴望解决的技术难题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术缺点，本发明的目的在于提供一种利用温度调节石墨烯仿生光探测器性能的方法，用以解决现阶段石墨烯光探测器对光的吸收率低、灵敏度低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于温度调节性能的石墨烯仿生光探测器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)提供石墨烯及微加热器平台，并将所述石墨烯转移至所述微加热器平台上；

2)将步骤1)得到的结构置于化学气相沉积反应炉中退火；

3)使用试剂对退火后的所述石墨烯表面进行修饰，以在所述石墨烯表面形成具有活性基团的活性薄膜；

4)于所述活性薄膜表面形成光受体蛋白，所述光受体蛋白与所述活性薄膜的活性基团结合形成共价键，以连接所述光受体蛋白与所述活性薄膜。

作为本发明的一种优选方案，步骤1)中，所述微加热器平台采用如下步骤制作：

1-1)提供一衬底，并于所述衬底上形成复合膜，所述复合膜用于定义出加热膜区和支撑梁区；