光检测元件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种光检测元件，更具体地，涉及一种使用将P型石墨稀和n型石墨稀 垂直均质接合的光检测层的光检测元件。
【背景技术】
[0002] 近来，检测出光来将其转换为电信号的光检测元件的研宄，被不断地报道。已经商 业化的Si、Ge和InGaAs光检测元件分别被广泛应用于紫外线、可见光线、红外线区域的光 检测。但是，由于Si和Ge可以在室温下运作，但光检测范围有限，而InGaAs只有冷却至 4. 2K才可以发挥高灵敏度的性能。此外，最近最大限度地提高便携性且透明、可弯曲的元 件，一直希望作为下一代光电元件。为了实现这一点，需要使用透明、可弯曲的基板来进行 元件工艺，但是这种基板不耐热，要想使用在高温下生长的Si、Ge、InGaAs等材料来制作可 弯曲的元件，存在很多困难。即使可以制作，其制作工艺也很复杂，并且随之发生的很多费 用也无可避免，要想将其商业化存在很多制约。由此，需要探索出工艺简单、费用较少、不仅 可应用于弯曲或透明的基板上、而且还可以检测到较宽区域的光、可发挥高灵敏度、高效率 的光检测元件制作中适合的材料和结构。
[0003] 2010年获得诺贝尔物理学奖的石墨烯，作为碳原子形成六角形的蜂窝形状且具有 1个原子的厚度的结构，由于其高载流子迀移率、高透明度增加、即便弯曲也不改变的电特 性等新特征，到目前为止已被许多研宄报道，且被称作是梦想的纳米材料。特别是，由于石 墨烯是没有带隙的结构，可以吸收从紫外线到红外线的较宽区域的光来产生电子-空穴对 (electron-holepair)，是有希望成为下一代光电子元件的材料，到目前为止已有基于石 墨烯的光检测元件的研宄报道。
[0004] 但是，到目前为止报道的石墨烯光检测元件结构，以栅极电压来调节电荷种类及 浓度，以在栅极附近形成的石墨烯p-n水平结构，或以与PbS或CdSe之类的高效率的光检 测能力被证明的材料的复合结构，或以石墨烯-金属接合等制作发明。但是，光检测能力降 低或结构上实质上的元件应用中有很多困难。因此，在使用石墨烯的优异性能的同时，开发 可以以低费用容易实现的高性能元件，是首要重要的。
【发明内容】
[0005] 技术问题
[0006] 石墨稀的p-n接合结构，不存在由于克莱恩隧道（Kleintunneling)效果造成的 典型的二极管整流特性，由于因其发生高的暗电流（darkcurrent)，因此在高效率的光检 测元件领域的应用中是很困难的。因此，为进行高效率的石墨烯光检测元件开发，应降低暗 电流，并增加光电流。另外，石墨烯或n型石墨烯还必须同时克服一个问题，就是当暴露于 大气中时其电特性会变成P型。
[0007] 本发明要解决的课题是，根据掺杂量制造的石墨烯，评价p-n垂直接合的光检测 特性，由此来提供包含石墨烯P-n垂直均质接合二极管的光检测元件。
[0008] 通过本发明要解决的课题，不限于上述课题，未提及的其他课题，本领域技术人员 可以从下面的说明中清楚地理解。
[0009] 解决问题的方案
[0010] 用于解决上述课题的本发明的光检测元件的一个方面，包括：基板；光检测层， 其作为形成在所述基板上的光检测层，包括p-n垂直均质接合的石墨稀，具有在350nm至 llOOnm范围内超过10E11 (Jones)的检测能；和形成在所述光检测层上的第一电极和第二 电极。
[0011] 在本发明的几个实施例中，所述光检测层包括依次叠层的第一石墨烯和第二石墨 稀，所述第一石墨稀是n型石墨稀，第二石墨稀是p型石墨稀。
[0012] 在本发明的几个实施例中，所述第一石墨烯和所述第二石墨烯分别是单层的石墨 烯。
[0013] 在本发明的几个实施例中，所述第一石墨烯和所述第二石墨烯接触形成。
[0014] 在本发明的几个实施例中，所述第一石墨烯，包括形成在所述第一石墨烯和所述 第二石墨烯的边界面处的高电阻层。
[0015] 在本发明的几个实施例中，所述光检测层，进一步包括形成在所述第一石墨烯和 第二石墨烯之间的插入层。
[0016] 在本发明的几个实施例中，所述插入层包括半导体层和绝缘层中的一个。
[0017] 在本发明的几个实施例中，被施加至所述第一电极和所述第二电极上的电压在 2(V)至5(V)之间，所述光检测层具有在350nm至llOOnm范围内超过lOEll(Jones)的检测 能。
[0018] 本发明的更具体的细节包括在以下的详细说明及附图中。
[0019] 有益效果
[0020] 可使用掺杂的石墨烯来制作包含石墨烯p_n垂直接合的光检测元件。此外，评价 根据包含制作的石墨烯P_n接合的光检测元件的掺杂量的结构、光学、电特性，由此可提供 将石墨稀应用至光检测元件的基础。此外，在石墨稀的p-n垂直接合之间可插入不同的半 导体层或绝缘层，由此可期待高效率的光检测元件的制作可能性。
【附图说明】
[0021] 图1是根据本发明的一个实施例的光检测元件的剖面图。
[0022] 图2是根据本发明的另一实施例的光检测元件的剖面图。
[0023] 图3是示出根据本发明的一个实施例的光检测元件的I-V特性的对数方式曲线 图。
[0024] 图4和图5是示出根据本发明的一个实施例的根据光检测元件的光照射的I-V曲 线的曲线图。
[0025] 图6和图7是根据本发明的一个实施例的根据光检测元件的波长的检测能 (detectivity)的曲线图。
[0026] 图8和图9是示出根据本发明的一个实施例的根据入射光检测元件的光的强度造 成的光电流的变化的曲线图。
[0027] 图10和图11是示出根据本发明的一个实施例的根据光检测元件的波长的响应性 的曲线图。
[0028] 图12和图13是示出根据本发明的一个实施例的根据光检测元件的波长的量子效 率的曲线图。
[0029] 图14至图17是示出根据本发明的一个实施例的根据光检测元件的响应速度的曲 线图。
[0030] 图18是示出根据本发明的一个实施例的根据光检测元件的时间的响应性的稳定 性的曲线图。
【具体实施方式】
[0031] 本发明的优点和特征及实现其的方法，参照附图和下面详述的实施例可以清楚理 解。但是本发明并不限于以下所示的实施例，而是可以被实现为与其不同的各种形态，这些 实施例只是为了使得本发明的公开完整，为向本发明所属技术领域中具有常识的普通技术 人员告知发明的完整范围而提供，本发明仅由权利要求项的范围定义。整个说明书中的相 同的参考标号表示相同的结构要素。
[0032] 虽然为说明各种元件或构成要素和/或部分而使用了第一、第二等，但是这些元 件或构成元素和/或部分当然并不受这些术语的限制。这些术语只不过用来将一个元件、 构成要素或部分与另一个元件、构成要素或部分区分开来。由此，下面所提及的第一元件、 第一构成要素或第一部分，在本发明的技术思想内当然也可以是第二元件、第二构成要素 或第二部分。
[0033] 元件（elements)或层不同的元件或层的"之上"或"上"，既包括指示的东西直接 在其他元件或层之上的情况，也包括中间存在其他层或其他元件夹在其中的情况。相反，元 件"直接位于......之上（directlyon) "或"正在......之上"指的是中间不存在其他元件或 层夹在其中的情况。
[0034] 空间上表示相对的术语"之下（below) "、"下面（beneath) "、"下部（lower) "、"之 上（above) "、"上部（upper)"等，如图所示，是为了容易地描述一个元件或构件与其他元件 或构件之间的相关关系而使用的。空间上表示相对的术语，应被理解为，以图中所示的方向 使用或操作时包括元件的相互不同方向的术语。例如，如果将图中所示的元件反过来，那么 被描述为其他元件的"之下（below) "或"下面（beneath) "的元件