[发明专利]一种中红外光探测器及其制备方法

说明书

本发明揭示了一种中红外光探测器及其制备方法，该光探测器包括单晶硅衬底、绝缘层、连续的石墨烯层、量子点层以及覆盖量子点上的纳米光栅接触电极；所述单晶硅衬底、绝缘层、连续的石墨烯层、量子点层以及覆盖量子点上的纳米光栅接触电极均布设在一PVC衬底基片上。该器件由周期性的纳米光栅阵列构成，其对入射光束的耦合作用可以有效地改善石墨烯光电探测器件弱光吸收的缺点，且制备得到的光电探测器对中红外波段的光谱有明显的吸收，有较高的光响应率。

技术领域

本发明涉及一种中红外光探测器及其制备方法，可用于光电探测技术领域。

背景技术

石墨烯作为一种二维材料，由于其扁平的单层碳原子具有超高强度和自由载流子迁移率，引起了人们的广泛关注。石墨烯纳米结构已用于电子和光子学的硅基平台兼容。许多研究人员已经研究了基于石墨烯纳米结构的光电器件，包括光电探测器、光调制器、光限制器等，其主要目标是获得更高的光电流，从而获得更好的效率。尽管石墨烯具有这些特殊的性质，但其低光吸收和短载流子寿命限制了石墨烯光电探测器的响应，所以克服石墨烯的不足并提高光电探测器件的性能成为了目前的主要研究方向。

量子点(QD)具有优异的光学和电学性能，这使得人们对下一代光电子器件，如发光二极管、光电探测器、场效应晶体管和光伏技术进行了广泛的研究。量子点和石墨烯的结合充分利用了量子点的可调谐、强光吸收和石墨烯的高导电性，使得混合型石墨烯/量子点光电探测器实现了超高响应。物联网和国防技术的发展迫切需要一种能够在宽带波长范围内工作的高性能光电探测器，特别是覆盖中红外(MIR)区域的光电探测器。

石墨烯和量子点(QD)是用于制造高性能光电探测器的新材料中的关键角色。但是，目前的量子点与石墨烯组成的异质结的光电探测器只能探测紫外以及可见光范围内的光，很少的异质结光探测器可以对近红外甚至中红外波段的光进行探测，所以，将石墨烯与量子点形成的异质结光电探测器的研究进一步推向中红外波段(MIR)的探测势在必行。

目前，大部分光电探测器对光响应的测试都会对源漏电极施加偏压以产生外建电场来帮助提取光生载流子，从而导致了暗电流较高，噪声干扰较大的情况，而石墨烯具有很高的载流子迁移率，即使在较小的电场下，也能够产生明显的光电流，对石墨烯晶体管的光响应测试，这是基于石墨烯的光探测器相比于传统半导体光探测器的优势之一。若能够使金属极间距离尽量小，则可以利用石墨烯这一特性实现无偏压提取光生载流子，避免外加偏置的噪声干扰，从而进一步优化光电探测器的响应性能。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提出一种中红外光探测器及其制备方法。

本发明的目的将通过以下技术方案得以实现：一种中红外光探测器，包括单晶硅衬底、绝缘层、连续的石墨烯层、量子点层以及覆盖量子点上的纳米光栅接触电极；所述单晶硅衬底、绝缘层、连续的石墨烯层、量子点层以及覆盖量子点上的纳米光栅接触电极均布设在一PVC衬底基片上。

优选地，所述纳米光栅接触电极包括纳米光栅接触漏极和纳米光栅接触源极，所述纳米光栅接触漏极、纳米光栅接触源极与源漏微电流计、电路开关、保护电阻、微电流计通过导线连接。

优选地，所述纳米光栅接触电极的周期为100～300nm，金属宽度为50～150nm，厚度为50nm；纳米光栅接触电极的尺寸面积为50×30～150×30μm²，纳米光栅接触漏极、纳米光栅接触源极为Ti/Au、Cu、Ag，纳米光栅接触漏极、纳米光栅接触源极的厚度为40～70nm。

优选地，所述单晶硅衬底为重掺杂P型或者重掺杂N型；单晶硅衬底尺寸为150×150μm²，单晶硅厚度为300μm。

优选地，所述绝缘层为二氧化硅绝缘层，所述二氧化硅绝缘层尺寸为150×100μm²，二氧化硅绝缘层的厚度为280～350nm。