基于石墨烯和II-VI族半导体轴向p-n结纳米线阵列的柔性光电子器件及其制备方法
【技术领域】
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[0001]本发明涉及纳米光电子器件领域，特别是涉及一种基于石墨烯和I1-VI族半导体轴向ρ-η结纳米线阵列的柔性光电子器件及其制备方法
【背景技术】
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[0002]伴随着社会的高速信息化，人与信息的有机融合已成为未来信息技术的重要发展趋势，而作为信息载体的各类电子器件一旦实现柔性化，必将从本质上促进人与信息的高效交互。因此全球学术界和产业界都将目光投向代表未来发展方向的柔性电子技术。其概念来源于对有机电子学的研究，但有机半导体材料由于本身特性的限制而无法在强调高性能和高稳定性的现代电子系统中广泛应用(A.J.Baca, J.H.Ahn，Y.G.Sun，M.A.Meitl，E.Menard，H.S.Kim，ff.M.Choi，D.H.Kim，Y.Huang，J.A.Rogers，Angew.Chem.1nt.Ed.，47，5524(2008))。于是，伊利若依大学Rogers教授和Huang教授提出基于传统无机半导体的柔性电子器件，他们利用现有半导体硅工艺制备无机功能薄膜器件，然后转移至柔性衬底，在释放预拉伸应变的收缩作用下将无机功能器件整体屈曲，从而实现整个器件具备可延展柔性(A.J.Baca, J.H.Ahn, Y.G.Sun，M.A.Meitl, E.Menard, H.S.Kim, ff.M.Choi, D.H.Kim,Y.Huang, J.A.Rogers, Angew.Chem.1nt.Ed.，47，5524 (2008))。但是此类器件延展性较低，而为了获取更大延展性往往会将无机薄膜化整体为局部，并通过导线连接各个功能部分。此举会使薄膜在整个器件中的有效面积减少，进而降低器件密度。因此，如何处理延展性和器件密度这一对矛盾体成为现阶段柔性无机电子器件发展面临的主要问题。
【发明内容】
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[0003]本发明针对现有技术的不足，提出了一种基于石墨烯和I1-VI族半导体轴向ρ-η结纳米线阵列的柔性光电子器件及其制备方法，以实现具有高器件密度和延展性的柔性无机光电子器件。
[0004]为了实现上述目的，本发明提出了一种基于石墨烯和I1-VI族半导体轴向ρ-η结纳米线阵列的柔性光电子器件，其特征在于:包括一层柔性衬底(1)，所述柔性衬底(1)上设有石墨烯层(2)，所述石墨烯层(2)上设有由ρ-型I1-VI族半导体纳米线部分(3)和η-型I1-VI族半导体纳米线部分(4)组成的I1-VI族半导体轴向ρ-η结纳米线的阵列结构，所述Π-VI族半导体轴向ρ-η结纳米线阵列缝隙中设有PMMA(PolymethylMethacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)绝缘层(5)，所述η-型I1-VI族半导体纳米线部分(4)阵列头部裸露在所述ΡΜΜΑ绝缘层(5)之外，所述ΡΜΜΑ绝缘层(5)之上设有铝电极￠)，所述石墨烯层(2)裸露一侧之上设有金/钛电极(7)。
[0005]作为优选，所述柔性衬底(1)为PET (Polyethylene terephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PDMS (Polydimethyl si loxane,聚二甲基娃氧烧)、PEN (polyethylenenaphthalate，聚萘二甲酸乙二醇酯)或PI (Polyimide,聚酰亚胺)。
[0006]作为优选，所述石墨烯层(2)为单层或数层石墨烯。
[0007]作为优选，所述ρ-型I1-VI族半导体纳米线部分(3)为ρ-型ZnSe，ZnS, ZnTe,CdSe，CdS或CdTe纳米线，所述p_型I1-VI族半导体纳米线部分(3)的直径为100-500nm，长度为5-10 μπι;所述的η-型I1-VI族半导体纳米线部分(4)为η-型ZnSe，ZnS,ZnTe, CdSe，CdS或CdTe纳米线，所述的η-型I1-VI族半导体纳米线部分(4)的直径为100-500nm，长度为5-10 μπι ;所述的ρ-型I1-VI族半导体纳米线部分(3)与所述的η-型I1-VI族半导体纳米线部分(4)构成I1-VI族半导体轴向ρ-η结纳米线。
[0008]作为优选，所述铝电极(6)形状为正方形网格状；所述铝电极(6)厚度为100-20011111，宽度为3-5 4111。作为优选，所述金/钛电极(7)中金层的厚度为100_200nm，钛层的厚度为5-10nm，金层在上，钛层在下。为实现上述目的，本发明的制备方法包括如下步骤:
[0009]1)将石墨烯层置于覆盖有二氧化硅的硅衬底上；
[0010]2)利用电子束蒸镀法在石墨稀层上蒸镀5-10nm金纳米颗粒薄膜，用于I1-VI族半导体轴向ρ-η结纳米线生长过程中的催化成核；
[0011]3)使用化学气相沉积法在水平管式炉中制备生长于石墨烯层之上的I1-VI族半导体轴向ρ-η结纳米线阵列；
[0012]3a)将盛有纯度为99.99%的I1-VI族半导体粉末的瓷舟放置于水平管式炉中部即加热源处，将置于覆盖有二氧化硅的硅衬底上且表面蒸镀有5-10nm金纳米颗粒薄膜的石墨烯层放置在水平管式炉的后部；
[0013]3b)密闭炉体，抽真空至炉体内压强小于3X10 3Pa;打开加热源将温度升至800-1050°C ；
[0014]3c)以100SCCM的气体流量引入氩氢保护气(其中氩气和氢气的气体体积比为95: 5)；
[0015]3d)以1-10SCCM的气体流量引入气态p_型掺杂源，用以生长p_型II_VI族半导体纳米线部分，此过程维持15-30分钟，然后停止引入气态ρ-型掺杂源；
[0016]3e)以1-5SCCM的气体流量引入气态η-型掺杂源，用于生长η-型I1-VI族半导体纳米线部分，此过程维持15-30分钟，然后停止引入气态η-型掺杂源；
[0017]3f)关闭加热源，停止引入氩氢保护气，使炉体自然降至室温，打开炉体，取出置于覆盖有二氧化硅的硅衬底上石墨烯层，获得生长于石墨烯层之上的i1-vi族半导体轴向ρ-η结纳米线阵列；
[0018]4)采用旋涂法使ΡΜΜΑ绝缘层包覆I1-VI族半导体轴向ρ_η结纳米线阵列和填充其内部缝隙；
[0019]5)采用等离子体刻蚀技术刻蚀ΡΜΜΑ绝缘层表面，使η_型I1-VI族半导体纳米线部分的头部裸露在ΡΜΜΑ绝缘层外部；
[0020]6)在ΡΜΜΑ绝缘层上部采用电子束蒸镀法制备厚度为100_200nm，宽度为3_5 μπι的正方形网格状铝电极；
[0021]7)利用电子束蒸镀技术在石墨稀层裸露的一侧依次蒸镀厚度为5-10nm的钛和100-200纳米的金电极；
[0022]8)利用牺牲层刻蚀转移法将上述制备方法所制备器件整体从覆盖有二氧化硅的硅衬底上转移至柔性衬底上。
[0023]与现有技术相比，本发明具有以下有益结果:
[0024]1.本发明中，由于I1-VI族半导体轴向ρ-η结纳米线与石墨稀极小的接触面积以及石墨烯本身具有的柔性潜质(在弯曲、伸缩、挤压等机械形变下仍可保持结构和性能的稳定性)等原因使得器件具有极好的延展性，此外I1-VI族半导体轴向ρ-η结纳米线阵列有效的增加了器件密度，因而克服了传统柔性太阳能电池延展性和集成度不能兼得的缺占.
[0025]2.本发明中器件结构简单，制备工艺简单。
【附图说明】
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[0026]图1是本发明的剖面结构示意图
[0027]图2是本发明在弯曲状态下的剖面结构示意图。
[0028]图3是本发明的制作工艺流程图。
【具体实施方式】
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[0029]参照图1，本发明包括柔性衬底(1)、石墨烯层(1)、由Ρ-型I1-VI族半导体纳米线部分⑶和η-型I1-VI族半导体纳米线部分(4)组成的I1-VI族半导体轴向ρ_η结纳米线阵列结构、ΡΜΜΑ绝缘层(5)、铝电极(6)、金/钛电极(7)，其中柔性衬底(1)上设有石墨烯层(2)，石墨烯层⑵上生长有由ρ-型I1-VI族半导体纳米线部分(3)和η-型I1-VI族半导体纳米线部分(4)组成的I1-VI族半导体轴向ρ-η结纳米线阵列结构，I1-VI族半导体轴向ρ-η结纳米线阵列缝隙中填充有ΡΜΜΑ