一种P型石墨烯/N型锗纳米锥阵列肖特基结红外光电探测器及其制备方法

摘要

本发明公开了一种P型石墨烯/N型锗纳米锥阵列肖特基结红外光电探测器及其制备方法，其特征是以N型锗基底层作为光电探测器的基区，在N型锗基底层的正面蒸镀绝缘层；在N型锗基底层的上表面设置N型锗纳米锥阵列；将P型石墨烯转移到覆盖绝缘层的N型锗纳米锥阵列上；在P型石墨烯上旋涂氧化铟锡纳米颗粒，实现基于P型石墨烯/N型锗纳米锥阵列肖特基结的光电二极管。本发明中的红外光电探测器通过利用锗纳米锥阵列的结构以及ITO纳米颗粒的表面等离子体共振的特性，增强了对光的吸收，提高了对光的响应度；本发明工艺简单、适合大规模生产，可制备光吸收能力强、光电转换效率高的红外光电探测器，为锗纳米锥阵列结构在光电探测器的应用中奠定了基础。

主权项

一种P型石墨烯/N型锗纳米锥阵列肖特基结红外光电探测器的制备方法，其特征是：所述P型石墨烯/N型锗纳米锥阵列肖特基结红外光电探测器，是以N型锗基底(1)作为所述红外光电探测器的基区，在所述N型锗基底(1)的上表面的部分区域蒸镀有绝缘层(2)，另一部分区域生长有N型锗纳米锥阵列(3)，且所述N型锗纳米锥阵列沿垂直于N型锗基底上表面的方向生长；在所述绝缘层(2)和所述N型锗纳米锥阵列(3)的上方转移有P型石墨烯薄膜(4)，使所述P型石墨烯薄膜一部分与绝缘层(2)接触，另一部分与N型锗纳米锥阵列(3)形成肖特基接触；在所述P型石墨烯薄膜(4)上旋涂有ITO纳米颗粒(5)；在所述N型锗基底(1)的下表面和所述P型石墨烯薄膜(4)的上表面分别设置有引出电极(6)；所述引出电极(6)为银电极，所述引出电极(6)分别与所述P型石墨烯薄膜(4)和所述N型锗基底(1)形成欧姆接触；所述P型石墨烯/N型锗纳米锥阵列肖特基结红外光电探测器的制备方法是按如下步骤进行：(1)将N型轻掺杂锗单晶基片依次用丙酮、酒精超声10分钟，再用去离子水超声5分钟，然后用氮气枪吹干，获得N型锗基底；(2)利用磁控溅射镀膜工艺在所述N型锗基底的上表面蒸镀绝缘层，使绝缘层呈“回”型结构蒸镀在所述N型锗基底上表面的外周，然后通过高温胶带粘贴覆盖所述绝缘层；(3)通过气‑液界面自组装法，在所述N型锗基底的上表面铺设具有六角密堆积结构的聚苯乙烯微球薄膜，作为生长N型锗纳米锥阵列的模板；(4)以氧气为刻蚀气体，使用反应离子刻蚀机刻蚀铺设有聚苯乙烯微球薄膜的N型锗基底，气体流速设定为20sccm，气压设定为5pa，刻蚀功率设定为50W，刻蚀时间210s，使聚苯乙烯微球直径减小，各聚苯乙烯微球之间产生缝隙；(5)利用电子束镀膜工艺在N型锗基底的上表面镀20nm银膜，并将镀有银膜的N型锗基底在氩气保护下加热至300℃，以去除聚苯乙烯微球；(6)将去除了聚苯乙烯微球的N型锗基底浸泡在由HF、H₂O₂和去离子水构成的20mL刻蚀液中，在50℃下刻蚀3h，获得N型锗纳米锥阵列；再将生长有N型锗纳米锥阵列的N型锗基底浸泡在温度为50℃、浓度为20wt％的(NH₄)₂S溶液中20min，进行表面钝化处理；在所述刻蚀液中HF的浓度为4.8M，H₂O₂的浓度为0.2M；(7)撕去高温胶带，利用湿法转移在N型锗基底上表面转移P型石墨烯薄膜，使P型石墨烯薄膜一部分搭在绝缘层上，剩余部分搭在N型锗纳米锥阵列上；(8)在所述P型石墨烯薄膜上旋涂ITO纳米颗粒；(9)在N型锗基底的下表面和P型石墨烯薄膜的上表面分别点上银浆作为引出电极， 即得P型石墨烯/N型锗纳米锥阵列肖特基结红外光电探测器。