[发明专利]一种g-CN/Si异质结位置敏感探测器及其制备方法

说明书

本发明提出了本发明提出一种g‑CN/Si异质结位置敏感探测器及其制备方法，g‑CN/Si异质结位置敏感探测器包括硅衬底和硅衬底的上沉积的g‑CN薄膜，以及g‑CN薄膜上设置有四个电极；所属制备方法包括：(1)采用化学气相沉积在Si衬底上制备g‑CN薄膜；(2)在g‑CN薄膜上通过热蒸发技术蒸镀金属层，采用紫外光刻技术去除金属层多余的金属，得到电极结构。本发明的位置敏感探测器显示出极高的位置灵敏度，可以实现对光斑位置的实时追踪测试。

技术领域

本发明涉及探测器技术领域，特别是指一种g-CN/Si异质结位置敏感探测器及其制备方法。

背景技术

石墨相氮化碳(g-CN)是一种类石墨的有机二维层状材料，面内结构无限延伸，层与层间通过范德华力堆垛。g-CN面内的基本结构单元有两种，三嗪环和三均三嗪环，其中三均三嗪结构单元的研究最为广泛。与石墨烯不同的是，g-CN具有一个本征的带隙约2.7eV，物理化学性质稳定，耐酸耐碱。g-CN具有良好的光学性能，在紫外光辐照下具有强烈的蓝色荧光，表明g-CN具有较好的光吸收特性，但是由于该材料的复合效率较高，光吸收的载流子大多发生复合，限制了其在位置敏感子器件领域的发展。

构建异质结将是一种有效的途径，解决g-CN载流子复合速度快的问题。将其与其他材料复合构成异质结，异质结界面处形成的内建电场，将促进载流子的快速、高效分离并抑制复合。目前广泛研究的g-CN合成方法得到的多是脆性的粉末样品，不能满足大多数光电器件的制备工艺要求，同时存在制备得到的器件表面均匀性，材料的导电性差等问题。合成大面积高质量的g-CN薄膜对于研究该材料在光电器件领域的发展应用具有重大意义。

目前研究的位置敏感探测器大多是将金属纳米颗粒、氧化物半导体和有机聚合物与硅相结合，构建异质结结构，从而获得位置敏感探测器。然而使用上述材料制备得到的位置敏感探测器的灵敏度普遍偏低，一般都低于200mV/mm。目前二维材料作为一种新型的半导体材料，已经成为下一代纳米光电子学中最有潜力的材料之一。二维材料具有机械灵活性好、载流子迁移率高、光和物质相互作用强等特点。目前基于二维材料的位置敏感探测器大多是使用石墨烯和过渡金属硫化物，而基于有机二维材料的位置敏感探测器还未被报道。在我们的发明中，我们使用化学气相沉积的方式来制备有机二维材料g-CN，将其应用到位置敏感探测器的研究当中，拓宽该材料的应用研究领域，并为位置敏感探测器增添新的研究思路。

发明内容

本发明提出一种g-CN/Si异质结位置敏感探测器及其制备方法，显示出极高的位置敏感探测性能，对光斑位置具有优异的依赖性，可以实现对光斑位置的实时追踪测试。

本发明的技术方案是这样实现的：一种g-CN/Si异质结位置敏感探测器，包括硅衬底，硅衬底的上侧设有g-CN薄膜，g-CN薄膜设置有电极。

进一步地，电极的数量为4个，4个电极呈方形排布。

进一步地，所述g-CN/Si异质结位置敏感探测器的位置灵敏度为340-400mV/mm。

进一步地，所述g-CN/Si异质结位置敏感探测器的光位置与横向电压的非线性度为0.2-1.2％。

进一步地，所述g-CN/Si异质结位置敏感探测器可检测的光波长范围为300-1100nm，涉及紫外-可见-近红外区域。

进一步地，电极为金电极。

一种g-CN/Si异质结位置敏感探测器的制备方法，包括以下步骤：

(1)采用化学气相沉积在Si衬底上制备g-CN薄膜；

(2)在g-CN薄膜上通过热蒸发技术蒸镀金属层，采用紫外光刻技术去除金属层多余的金属，得到电极。

进一步地，步骤(1)中，采用化学气相沉积在Si衬底上制备g-CN薄膜的具体方法如下：