多层石墨烯光电传感器的制作方法

本发明涉及一种传感器，具体涉及一种多层石墨烯光电传感器。

背景技术：

光电传感器是以光电器件作为转换元件的传感器。它可用于检测直接引起光量变化的非电物理量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量，如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度，以及物体的形状、工作状态的识别等。光电传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。新的光电器件不断涌现，为光电传感器的进一步应用开创了新的一页。

石墨烯是一种由碳原子形成的蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，所以又叫做单原子层石墨。它的厚度大约为0.335nm，根据制备方式的不同而存在不同的起伏，通常在垂直方向的高度大约1nm左右，是除金刚石以外所有碳晶体的基本结构单元。石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机。用石墨烯取代硅，计算机处理器的运行速度将会快数百倍。另外，石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的气体分子也无法穿透。这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料。

目前石墨烯在光电传感器上的应用已经被广泛研究，但其中的潜力并没有被完全挖掘出来，因此基于石墨烯的光电传感器，尤其是与其它材料相结合的光电传感器还有很大的开发空间，在该领域还有很多值得发现和寻找的各种结构或结构与材料组合的光电传感器。

技术实现要素：

本发明提供一种新型结构的基于多层石墨烯光电传感器，它能够加速载流子的收集，充分利用照射到的光，使得传感器的灵敏度得到很大的提升。

本发明所采用的技术方案是：一种多层石墨烯光电传感器，其特征在于，包含：基板，所述基板为绝缘性基板；多个石墨烯层，所述多个石墨烯层分为多个奇数层石墨烯和多个偶数层石墨烯，其中所述偶数层石墨烯与下一层的奇数层石墨烯之间形成有锡化锗层，所述偶数层石墨烯与上一层的奇数层石墨烯之间形成有硅化锗层；所述多个奇数层石墨烯的位置在垂直方向上投影重叠，所述多个偶数层石墨烯的位置也在垂直方向上投影重叠，所述奇数层石墨烯和偶数层石墨烯在水平方向上交错设置，且所述锡化锗层和所述硅化锗层只在交错位置上形成；所述奇数层石墨烯和所述偶数层石墨烯中的非交错位置部分分别形成金属电极。

进一步地，一个所述奇数层石墨烯、该奇数层石墨烯上的锡化锗层、该锡化锗层上的偶数层石墨烯和该偶数层石墨烯上的硅化锗层作为一个周期单元，所述周期单元的周期数为5-50。

进一步地，所述锡化锗层的厚度范围为20-150nm，所述硅化锗层的厚度范围为30-120nm。

进一步地，所述石墨烯层的层数为1-5层。

进一步地，所述石墨烯层的表面还形成有硅量子点或碳量子点。

进一步地，所述基板为柔性衬底。

进一步地，所述石墨烯层还可以是氮、磷或砷掺杂的石墨烯。

进一步地，所述金属电极的金属材料选自下列材料：银、铜、钯、锌、铂或者金。

本发明的有益效果在于：本发明提供了一种新颖的基于石墨烯的光电传感器，在石墨烯层之间交替分别形成锡化锗层和硅化锗层，由于石墨烯层的导电性，使得锡化锗层和硅化锗层中产生的载流子能够立即通过石墨烯传导至金属电极，并且交替设置的锡化锗层和硅化锗层经光照能够在结构中产生了内建电场，进一步加速了载流子的收集，另外多层结构更能充分利用照射到的光，使得传感器的灵敏度得到了很大的提升。

附图说明

图1为本发明多层石墨烯光电传感器的结构示意图；图2为本发明一个实施例的结构示意图；图3为本发明另一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

需要说明的是，为了能够清晰地体现具体结构，虽然在附图中各个层在图中是分离的，但这仅仅是为了更直观的表明各个层之间的关系，本领域技术人员能够知晓本发明最终的状态。

参见图1，本发明提供一种多层石墨烯光电传感器10，包含：基板1，所述基板为绝缘性基板；多个石墨烯层，所述多个石墨烯层分为多个奇数层石墨烯2和多个偶数层石墨烯3，其中所述偶数层石墨烯3与下一层的奇数层石墨烯2之间形成有锡化锗层4，所述偶数层石墨烯3与上一层的奇数层石墨烯2之间形成有硅化锗层5；所述多个奇数层石墨烯2的位置在垂直方向上投影重叠，所述多个偶数层石墨烯3的位置也在垂直方向上投影重叠，所述奇数层石墨烯2和偶数层石墨烯3在水平方向上交错设置，且所述锡化锗层4和所述硅化锗层5只在交错位置上形成；所述奇数层石墨烯2和所述偶数层石墨烯3中的非交错位置部分分别形成金属电极6，即多个奇数层石墨烯2不形成锡化锗层4或硅化锗层6的地方用于连接一金属电极6，同样地多个偶数层石墨烯3也在不形成功能层的地方连接至金属电极6，锡化锗层或硅化锗层通过掩模法进行沉积，而石墨烯层则可以预先在铜基底上制备完成，然后转移至对应的层上。

一个所述奇数层石墨烯2、该奇数层石墨烯上的锡化锗层4、该锡化锗层4上的偶数层石墨烯3和该偶数层石墨烯3上的硅化锗层6作为一个周期单元，所述周期单元的周期数为5-50，图1中示出了周期单元的周期数为5的多层石墨烯光电传感器。

所述锡化锗层的厚度范围为20-150nm，所述硅化锗层的厚度范围为30-120nm，通过具体的实验发现，锡化锗层或者硅化锗层的厚度不能太厚也不能太薄，太薄时的光电转换率极低，而太厚时，本发明中使用的光电传感器相对于单一的硅化锗或锡化锗光电传感器并没有特别的优势。

所述石墨烯层的层数为1-5层，石墨烯层的厚度保持在1-5层时有较好的效率，这可能是1-5层的石墨烯载流子传导效率最高。

所述石墨烯层的表面还形成有硅量子点或碳量子点，通过实验比较了使用硅量子点或碳量子点的加入与否能否增大效率，最终发现加入硅量子点或者碳量子点能够进一步提升光电传感器的效率，这可能的原因是硅量子点或碳量子点展宽的能级便于载流子的聚集，从而提高收集效率。

所述基板为柔性衬底，柔性衬底包括pet衬底或pi衬底，通过使用柔性衬底，能够使本发明的多层石墨烯光电传感器的适用范围更广，且结合石墨烯的柔性可以使得本发明的光电传感器成为柔性传感器。

所述石墨烯层还可以是氮、磷或砷掺杂的石墨烯。

实施例1：参见图2，本实施例提供一种多层石墨烯光电传感器，包含：基板，所述基板为绝缘性基板，选用pet衬底；多个氮掺杂石墨烯层，所述多个石墨烯层分为多个奇数层氮掺杂石墨烯21和多个偶数层石墨烯31，其中所述偶数层氮掺杂石墨烯31与下一层的奇数层氮掺杂石墨烯21之间形成有锡化锗层4，所述偶数层氮掺杂石墨烯31与上一层的奇数层氮掺杂石墨烯21之间形成有硅化锗层5；一个所述奇数层氮掺杂石墨烯21、该奇数层氮掺杂石墨烯21上的锡化锗层4、该锡化锗层4上的偶数层氮掺杂石墨烯31和该偶数层氮掺杂石墨烯31上的硅化锗层5作为一个周期单元，所述周期单元的周期数为10。

所述锡化锗层4的厚度为20nm，所述硅化锗层5的厚度为30nm。

所述石墨烯层的层数为单层石墨烯，所述石墨烯层的表面还形成有硅量子点（图中未示出）。

实施例2：参见图3，本实施例提供一种多层石墨烯光电传感器，包含：所述多个石墨烯层分为多个奇数层石墨烯2和多个偶数层石墨烯3，其中所述偶数层石墨烯3与下一层的奇数层石墨烯2之间形成有锡化锗层4，所述偶数层石墨烯3与上一层的奇数层石墨烯2之间形成有硅化锗层5；所述多个奇数层石墨烯2的位置在垂直方向上投影重叠，所述多个偶数层石墨烯3的位置也在垂直方向上投影重叠，所述奇数层石墨烯2和偶数层石墨烯3在水平方向上交错设置，且所述锡化锗层4和所述硅化锗层5只在交错位置上形成；一个所述奇数层石墨烯2、该奇数层石墨烯上的锡化锗层4、该锡化锗层4上的偶数层石墨烯3和该偶数层石墨烯3上的硅化锗层6作为一个周期单元，所述周期单元的周期数为8。

所述锡化锗层4的厚度为150nm，所述硅化锗层5的厚度为120nm。

所述石墨烯层的层数为5层，所述石墨烯层的表面还形成有碳量子点（图中未示出）。

所述基板1为柔性衬底，选择使用pi衬底。

所述石墨烯层选择为磷掺杂的石墨烯，磷掺杂石墨烯可以通过在pecvd制备石墨烯时引入磷源从而进行掺杂，也可以是制备完成石墨烯后在磷气氛下进行等离子体处理从而进行掺杂。

所述金属电极的金属材料选自下列材料：银、铜、钯、锌、铂或者金。

本发明提供了一种新颖的基于石墨烯的光电传感器，在石墨烯层之间交替分别形成锡化锗层和硅化锗层，由于石墨烯层的导电性，使得锡化锗层和硅化锗层中产生的载流子能够立即通过石墨烯传导至金属电极，并且交替设置的锡化锗层和硅化锗层经光照能够在结构中产生了内建电场，进一步加速了载流子的收集，另外多层结构更能充分利用照射到的光，使得传感器的灵敏度得到了很大的提升。

附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。