高器件的集成度和小型化，具体制备和测试流程如下:
[0036]步骤I首先对厚度为Imm蓝宝石衬底进行表面清洗(乙醚-丙酮-酒精-去离子水)，超声辅助，并通过切割技术将衬底和铜片上生长的石墨烯切成I.5cm X I.5cm2样品。
[0037]步骤2使用紫外光刻(MA6)、电子束蒸发法及lift-off剥离工艺在蓝宝石衬底上制备对数周期天线结构和引线电极(Cr/Au)以及紫外光刻的对准标记和电子束光刻的对准标记。
[0038]步骤3在铜片上生长的石墨烯涂上PMMA，在120°C温度下烘干时间约20min;将覆盖PMMA的铜片石墨烯漂浮地静置在三氯化铁溶液，时间一夜；用盐酸和去离子水体积比约I/10混合液清洗覆盖PMMA石墨烯的薄膜，然后将覆盖PMMA的石墨烯膜转移到具有天线结构的蓝宝石衬底上，阴干4h，在丙酮中放置约25min去除PMMA，最后，在约80°C的温度条件下烘干20?25min0
[0039]步骤4利用紫外光刻和O2离子反应刻蚀法，刻蚀长度(6?80um)石墨烯导电沟道，并在体积比5/1Ν2/Η2气体下进行约300°C高温退火，形成良好的欧姆接触，去除石墨烯残留光刻胶和水等。
[°04°] 步骤5通过对准标记进行紫外光刻、电子束蒸发和liff-off剥离工艺制备加厚电极Au。
[0041]步骤6最后，采用正规的半导体封装技术，对步骤(5)的器件进行封装。
[0042]步骤7如图3所示，用40GHz微波振荡器以及耿氏振荡器产生0.15THz连续波辐射，光源经过离轴抛面镜聚焦到探测器件上，探测器件产生的光电流信号通过前置放大器(SR560)放大信号，分别输入示波器，锁相放大器(SR560)，除此之外，还需要斩波器(SR430)斩波频率的参考信号分别输入示波器，锁相放大器，才能保证太赫兹响应波形保留和响应度记录。
[0043]实施例1
[0044]蓝宝石衬底的厚度为0.5mm，当对数周期天线结构外直径2mm、弧度40°，厚度100、引线电极3厚度200nm以及80um的导电沟道CVD石墨烯(浓度约113CnT2，迀移率约1000?5000cm2V—1S.1)。在太赫兹波的照射下，由于天线对太赫兹波的响应跟电场的极化方向有关(如图9所示)，当太赫兹波垂直入射到探测器的正面，对数周期天线的长边和电场方向成约30°时，天线的响应度最大，得到的光电流最大，当太赫兹波垂直入射到探测器的正面，且天线的长边跟平行时，天线的响应度最小，得到的光电流最小；同时，如图4、图5和图6所示，固定偏置电流2mA和固定距源距离7cm前提下，得到斩波频率IkHz或5kHz或1kHz的太赫兹光响应波形。
[0045]实施例2
[0046]蓝宝石衬底的厚度为1mm，当对数周期天线结构外直径1mm、弧度50°，厚度100、引线电极厚度200nm以及6um的导电沟道CVD石墨烯(浓度约113CnT2，迀移率约1000?5000cm2V—1S.1)，天线响应跟电场的极化方向有关和例I类似，天线的响应还与器件上偏置电流有关，随着电流增大，光响应度越大，得到的光电流越大，如图7所示，固定距源距离7cm处前提下，在偏置电流0.5mA或1.0mA或1.5mA或2.0mA，得到不同斩波频率的太赫兹光响应度。
[0047]实施例3
[0048]蓝宝石衬底的厚度为0.7mm，当对数周期天线结构外直径2mm、弧度40°，厚度100、引线电极厚度200nm以及20um的导电沟道CVD石墨烯(浓度约113CnT2，迀移率约1000?5000cm2V—1S.1)，天线响应跟电场的极化方向有关和例I类似，天线的响应还与器件上距源距离有关，随着距源距离增大，光响应度越小，得到的光电流越小，如图8所示，固定偏置电流2mA，在距源距离7cm或15cm25cm或50cm处，得到不同斩波频率的太赫兹光响应度。
[0049]探测器结构的参数在一定范围里变化，本发明中石墨烯室温太赫兹波探测器都有很好的探测太赫兹波，测试结果表明器件信噪比超过103，并初步实现了不同空间距离下器件的响应幅度的变化，在距离源的间距50cm以上的情况下器件的信噪比仍然保持在103，在液氮下探测效果可能会更佳。
【主权项】
1.一种石墨烯太赫兹波探测器，包括石墨烯(I)、对数周期天线(2)、引线电极(3)、蓝宝石衬底(4)，其特征在于: 所述太赫兹波探测器在蓝宝石衬底(4)上蒸镀对数周期天线(2)结构以及引线电极(3)，太赫兹波耦合对数周期天线(2)两边分别与对应的引线电极(3)相连，在对数周期天线(2)间距中转移具有载流子浓度111?1014cm—2可调和高迀移率1000?10000cm2V—1S.1的石墨烯(I)导电沟道，保证石墨烯(I)与两边对数周期天线2互连； 所述的蓝宝石衬底(4)的厚度为0.5?1_ ； 所述的对数周期天线(2)的尺寸为:外半径I?2mm，厚度100?200nm; 所述的引线电极3的厚度为200?400nm; 所述的导电沟道长度为6?80um。2.—种制备如权利要求1所述一种石墨烯太赫兹波探测器件的方法，其特征在于包括以下步骤: 1)首先将蓝宝石衬底进行表面清洗，并通过切割技术将衬底和铜片上生长的石墨烯切成小样品； 2)使用紫外光刻、电子束蒸发法及lift-off剥离工艺制备对数周期天线结构和引线电极，包括沟道、紫外光刻的对准标记以及电子束光刻对准标记； 3)将铜片上生长的石墨烯，通过FeCl3溶液刻蚀法，刻蚀铜片衬底约24h，然后在体积比约I /10的稀释盐酸和去离子水混合溶液中清洗覆盖PMMA石墨烯薄膜，清洗完，将覆盖PMMA的石墨烯薄膜转移到具有天线结构的蓝宝石衬底上，阴干约4h，在丙酮中静置20?25min去除PMMA，最后，在60?80°C的温度条件下烘干20?25min; 4)利用紫外光刻和O2离子刻蚀法，刻蚀长度约6?SOum石墨烯导电沟道，并在体积比约1/5氢气和氮气混合气体下进行约300°C高温退火处理，去除石墨烯残留的光刻胶和水，形成良好的欧姆接触； 5)通过紫外光刻、电子束蒸发和剥离工艺制备300?400nm加厚电极； 6)最后，采用正规的半导体封装技术，对器件进行封装。
【专利摘要】本发明公开一种石墨烯室温太赫兹波探测器，所述探测器件包括蓝宝石衬底和其上蒸镀对数周期天线结构以及引线电极，且太赫兹波耦合对数周期天线两边分别与对应的引线电极相连，在对数周期天线间距中转移具有载流子浓度可调和高迁移率的石墨烯导电沟道，保证石墨烯与两边对数周期天线互连。本发明的优点在于：器件的太赫兹响应高，可实现宽频、高速、高灵敏度、高信噪的太赫兹波探测；器件的集成度和小型化好，为实现太赫兹探测器大规模应用奠定基础。
【IPC分类】H01L27/144
【公开号】CN105514128
【申请号】CN201510864402
【发明人】王林, 刘昌龙, 唐伟伟, 陈效双, 陆卫
【申请人】中国科学院上海技术物理研究所
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年12月1日