[发明专利]基于石墨烯/掺硼硅量子点/硅的光电探测器及制备方法

摘要

本发明公开了一种基于石墨烯/掺硼硅量子点/硅的光电探测器及制备方法，该光电探测器包括n型硅衬底、顶电极、石墨烯薄膜、掺硼硅量子点薄膜和底电极；本发明光电探测器可以进行宽光谱探测，解决了传统硅基PIN结对红外探测响应低的问题；该探测器以石墨烯作为有源层和透明电极，消除死层，增强入射光的吸收；掺硼硅量子点薄膜在中间减少了硅表面态的影响，同时抑制了反向饱和电流；在一定的反向偏压作用下，光生载流子与硅晶格产生碰撞离子化，获得较高的光电响应；本发明采用的制备工艺简单，成本低廉，具有响应度高，响应速度快，内部增益大，开关比小，易于集成的特点。

主权项

1.一种制备基于石墨烯/掺硼硅量子点/硅的光电探测器的方法，其特征在于，所述基于石墨烯/掺硼硅量子点/硅的光电探测器包括：n型硅衬底(1)、二氧化硅隔离层(2)、顶电极(3)、石墨烯薄膜(4)、掺硼硅量子点薄膜(5)和底电极(6)；其中，所述n型硅衬底(1)的上表面覆盖二氧化硅隔离层(2)，在二氧化硅隔离层(2)上开有硅窗口，使二氧化硅隔离层(2)成回形结构，在二氧化硅隔离层(2)的上表面覆盖顶电极(3)，顶电极(3)的边界小于二氧化硅隔离层(2)的边界，在硅窗口与n型硅衬底(1)交界处覆盖掺硼硅量子点薄膜(5)；在顶电极(3)的上表面覆盖边界小于顶电极(3)的石墨烯薄膜(4)，石墨烯薄膜(4)的中心部位接触掺硼硅量子点薄膜(5)；在n型硅衬底(1)下表面设置底电极(6)；该方法包括以下步骤：(1)在n型硅衬底(1)的上表面氧化生长二氧化硅隔离层(2)，所用n型硅衬底(1)的电阻率为1～10Ω·cm；二氧化硅隔离层(2)的厚度为300nm～500nm，生长温度为900～1200℃；(2)在二氧化硅隔离层(2)表面光刻出回形顶电极(3)图形，然后采用电子束蒸发技术，首先生长厚度为5nm的铬黏附层，然后生长60nm的金电极；(3)在生长有顶电极(3)的二氧化硅隔离层(2)表面光刻出硅窗口图形，然后通过反应离子刻蚀技术，采用八氟环丁烷等离子体刻蚀二氧化硅隔离层(2)，并用缓冲氧化物刻蚀溶液去除残留的二氧化硅；其中，所述缓冲氧化物刻蚀溶液由NH4F、HF和水组成，NH4F：HF：H2O＝60g:30ml:100ml；(4)在硅窗口内与n型硅衬底(1)交界处悬涂一层质量浓度为40％溶解在甲苯溶液中的掺硼硅量子点，形成掺硼硅量子点薄膜(5)，悬涂条件为2000r/min，30s；(5)石墨烯薄膜(4)的制备：采用化学气相沉积方法在铜箔基底上制备石墨烯薄膜(4)；(6)在顶电极(3)的上表面覆盖边界小于顶电极(3)的石墨烯薄膜(4)，石墨烯薄膜(4)的中心部位接触掺硼硅量子点薄膜(5)；其中，石墨烯的转移方法为：将石墨烯薄膜(4)表面均匀涂覆一层聚甲基丙烯酸甲酯薄膜，然后放入刻蚀溶液中4h腐蚀去除铜箔，留下由聚甲基丙烯酸甲酯支撑的石墨烯薄膜(4)；将聚甲基丙烯酸甲酯支撑的石墨烯薄膜(4)用去离子水清洗后整块转移到顶电极(3)的上表面和掺硼硅量子点薄膜(5)的上表面；最后用丙酮和异丙醇去除聚甲基丙烯酸甲酯；其中，所述刻蚀溶液由CuSO4、HCl和水组成，CuSO4：HCl：H2O＝10g:50ml:50ml；(7)在n型硅衬底(1)底部涂覆镓铟浆料，制备镓铟底电极(6)，与n型硅衬底(1)形成欧姆接触。