[发明专利]双波段石墨烯探测装置、探测芯片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种双波段石墨烯探测装置、探测芯片及其制备方法，双波段石墨烯探测芯片，包括：从下至上依次层叠设置的第一硅层、第一量子点增强的石墨烯层、第一环氧树脂胶层、第二硅层、第二量子点增强的石墨烯层、第二环氧树脂胶层；第一量子点增强的石墨烯层适于探测中波红外光、长波红外光、或甚长波红外光，第二量子点增强的石墨烯层适于探测可见红外光、短波红外光或中波红外光。采用本发明，对于光束具有非常大的调整空间，而且第一量子点增强的石墨烯层与第二量子点增强的石墨烯层是间隔开的且相互独立，可以实现对不同波长信号的分别采集，并工作在室温下，且探测率和响应速度优异，能够满足复杂环境下的探测需求。

技术领域

本发明涉及光电探测领域，尤其涉及一种双波段石墨烯探测装置、探测芯片及其制备方法。

背景技术

光学成像技术被广泛地应用于气象、资源遥感等需求中。对于一些复杂的应用环境，传统光电探测器无法满足探测需求。双波段的光学成像系统可对复杂的背景进行抑制，提高探测效果，在复杂的应用环境下能明显地降低误报率，显著地提高系统的性能和在各种应用平台上的通用性。

石墨烯层是近年来飞速发展的新型材料，其具有在室温下电子迁移率高、电阻率低、高透光性、光吸收电子接近零能耗、接近极限的光电转换速度等特点。将量子点溶液涂覆在石墨烯上可制备出量子点增强的石墨烯光探测器件，该器件具有响应速度快、探测率高等特点，可应用于大视场、微度光的情况下。

理论上来说，石墨烯的零带隙特性可以使之实现超宽光谱吸收和探测，但是由于石墨烯是二维材料，其第三维厚度极薄，导致吸光率低，探测器信号非常弱，不能满足探测需求。

在量子点增强的石墨烯器件中，石墨烯只负责传递电信号，吸收光信号并转变成电信号的任务由量子点完成。由于半导体量子点的吸收截面大，保证了极高的量子效率，加之光栅效应，可以实现信号增益，在室温下光响应率可达10⁷AW^-1。然而由于光信号的吸收主要来自量子点，其响应波段范围会受到量子点粒径尺寸的限制。目前的一些器件中将量子点的粒径尺寸分散在某一范围，以达到拓展器件响应波长范围的目的，但是这种方法会将所有量子点转换的电信号一并收集，无法将不同波长的信号区分开。

发明内容

本发明实施例提供一种双波段石墨烯探测装置、探测芯片及其制备方法，用以解决现有技术中石墨烯探测装置无法分别采集不同波长的信号的问题。

根据本发明实施例的双波段石墨烯探测芯片，包括：从下至上依次层叠设置的第一硅层、第一量子点增强的石墨烯层、第一环氧树脂胶层、第二硅层、第二量子点增强的石墨烯层、第二环氧树脂胶层；

所述第一量子点增强的石墨烯层适于探测中波红外光、长波红外光、或甚长波红外光，所述第二量子点增强的石墨烯层适于探测可见红外光、短波红外光或中波红外光。

根据本发明的一些实施例，所述第一量子点增强的石墨烯层包括：

第一石墨烯层，层叠设置于所述第一硅层的上表面；

第一量子点胶体溶液层，涂覆于所述第一石墨烯层的上表面；

所述第二量子点增强的石墨烯层包括：

第二石墨烯层，层叠设置于所述第二硅层的上表面；

第二量子点胶体溶液层，涂覆于所述第二石墨烯层的上表面；

所述第一量子点胶体溶液层中的量子点的粒径与所述第二量子点胶体溶液层中的量子点的粒径尺寸不同。

根据本发明的一些实施例，所述第一量子点胶体溶液层中的量子点为PbS或PbSe；

所述第二量子点胶体溶液层中的量子点为PbS或PbSe；

量子点的粒径与待探测光的波长相关。