本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种光电探测器及其制作方法、光电探测器织物。
背景技术：
近几年，可穿戴电子设备的蓬勃发展推进了很多领域的技术进步，例如显示、传感器、能量获取和存储，可穿戴设备的轻质、柔性和可弯曲受到人们的广泛关注。其中光电探测器作为代表性的传感器在医疗、检测、军事等方向有重要应用，但传统的光电探测器多为块状坚硬的板状器件，难以根据应用要求贴合不规则基底，且不具备柔性和可弯曲特点，这些问题严重限制了其在可穿戴设备以及其他相关领域的发展。此外，对近红外或红外敏感的光电探测器仍存在探测光信号损耗严重、探测光波频段单一、灵敏度低以及器件柔性不足等问题。因此，现有技术的光电探测器还有待改进和发展。
因此，如何改进光电探测器是本领域技术人员需要解决的一个技术问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种光电探测器及其制作方法、光电探测器织物，以改进现有光电探测器。
为解决上述技术问题，本发明提供一种光电探测器的制作方法，所述光电探测器的制作方法包括：
制备石墨烯薄膜，将所述石墨烯薄膜设置在基底上，所述基底为透光的且具有柔性的材料；
在所述石墨烯薄膜上形成第一电极和第二电极；
在所述第一电极和所述第二电极之间形成量子点薄膜，所述量子点薄膜进行了配体交换处理，所述量子点薄膜位于所述石墨烯薄膜上。
可选的，在所述光电探测器的制作方法中，所配体交换处理包括本体交换溶液的浸泡方式或混合方式。
可选的，在所述光电探测器的制作方法中，所述配体交换溶液的材料包括丁胺、乙二硫醇或苯二硫醇。
可选的，在所述光电探测器的制作方法中，制备石墨烯薄膜包括：
将铜箔设置在炉腔中，将所述炉腔中通入氩气和氢气，加热使所述炉腔中温度到达800℃～1200℃，再通入甲烷；
将生长有石墨烯薄膜的所述铜箔放入置换溶液中使石墨烯薄膜分离出来。
可选的，在所述光电探测器的制作方法中，所述光电探测器的制作方法还包括：形成保护层，所述保护层覆盖所述第一电极、所述第二电极和所述量子点薄膜，所述保护层的材料包括聚二甲基硅氧烷。
本发明还提供一种光电探测器，所述光电探测器包括基底、石墨烯薄膜、第一电极、第二电极和量子点薄膜，所述基底为透光的且具有柔性的材料，所述石墨烯薄膜位于所述基底上，所述第一电极和所述第二电极位于所述石墨烯薄膜上，所述量子点薄膜位于所述第一电极与所述第二电极之间，所述量子点薄膜位于所述石墨烯薄膜上，所述量子点薄膜经过配体交换处理。
可选的，在所述光电探测器中，所述第一电极与所述第二电极呈叉指型结构。
可选的，在所述光电探测器中，所述第一电极和所述第二电极之间的间距为1μm～100μm，所述第一电极和所述第二电极的线宽为1μm～100μm，所述第一电极和所述第二电极的线厚为10nm～1000nm。
可选的，在所述光电探测器中，所述基底的材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚二甲基硅氧烷或聚氨酯。
本发明还提供一种光电探测器织物，所述光电探测器织物包括上述光电探测器，所述光电探测器的形状为条状，将所述光电探测器编织成织物。
综上所述，在本发明提供的光电探测器及其制作方法、光电探测器织物，量子点薄膜位于石墨烯薄膜上，量子点薄膜光照响应产生的载流子会通过石墨烯传输出去，提高了光敏层量子点的载流子传输，从而提高了光电探测器的输出光电流，并通过配体交换处理便于量子点薄膜中载流子的跃迁，同时光电探测器设置在透光的石墨烯薄膜上并基于透光且具有柔性的基底，增加了光线透过率，从而使得光电探测器具备柔性、可弯曲和可编织性能，适应于不同工作场合的需要。
附图说明
图1是本发明实施例的光电探测器的制作方法的流程图；
图2是本发明实施例的光电探测器的横向剖视图；
图3是本发明实施例的光电探测器的纵向剖视图；
图4是本发明实施例的光电探测器织物的示意图；
其中，10-基底，20-石墨烯薄膜，30-第一电极，40-第二电极，50-量子点薄膜，60-保护层。
具体实施方式
为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
如图1所示，本发明提供一种光电探测器的制作方法，所述光电探测器的制作方法包括：
步骤S10、制备石墨烯(Graphene)薄膜，将所述石墨烯薄膜设置在基底上，所述基底为透光的且具有柔性的材料；
步骤S20、在所述石墨烯薄膜上形成第一电极和第二电极；
步骤S30、在所述第一电极和所述第二电极之间形成量子点薄膜，所述量子点薄膜进行了配体交换处理，所述量子点薄膜位于所述石墨烯薄膜上。
下面结合图2和图3更为详细的介绍本发明提供的光电探测器的制作方法的特点。
首先，按照步骤S10，制备石墨烯薄膜，可通过石墨烯薄膜作为载流子传输层，可使得载流子迁移率高达高达1000cm2V-1s-1，所述石墨烯薄膜设置在基底上，通过基底起承载作用，所述基底为透光的且具有柔性的材料，透光的材料可以更好的接受光照，柔性材料可以实现弯曲，同时石墨烯薄膜也具有透光性和可弯曲的柔韧性，可使光电探测器更佳的探测到光线的变化。
在本实施例中，制备石墨烯薄膜包括：将一定尺寸的铜箔设置在炉腔中，将所述炉腔中通入氩气(Ar)和氢气(H2)，加热使所述炉腔中温度到达800℃～1200℃，再通往甲烷，例如，可设定通过氩气的流量为20sccm，通过氢气的流量为40sccm，炉腔中加热的升温速率为20℃/min，还可以在温度达到后保持一定时间(如10min)，然后可以通过10sccm的速度通入作为反应物的甲烷，甲烷会在铜箔表面被还原，生成石墨烯薄膜，可通过控制反应时间等来达到不同的石墨烯层数或厚度，然后将生长有石墨烯薄膜的铜箔放入置换溶液中将石墨烯薄膜分离出来，可通过三氯化铁和盐酸混合形成的置换溶液刻蚀掉铜，从而可使铜箔与石墨烯分离开来。通过采用化学气相沉积(CVD)在铜箔上生长石墨烯薄膜，然后转移至透光的且具有柔性的基底上。
然后，如图2和图3所示，按照步骤S20，在所述石墨烯薄膜20上形成第一电极30和第二电极40，第一电极30和第二电极40也就是分别为正/负电极，相对设置并可同时形成。例如，将覆盖有石墨烯薄膜20的基底10置于真空蒸镀腔体中，再覆盖掩膜版，蒸镀过程中腔体的真空度<10-4pa，可以将金属作为靶材，可在石墨烯薄膜20上蒸镀形成金属电极，金属的材料包括金、银、铝等。
然后，继续参考图2和图3所示，按照步骤S30，在所述第一电极30和所述第二电极40之间形成量子点薄膜50，所述量子点薄膜50进行了配体交换处理，所述量子点薄膜50位于所述石墨烯薄膜20上，例如，可采用硫化铅量子点溶液，本体硫化铅的带隙约为0.41eV，在电子激发下，电子与空穴之间的库伦结合使其具有相对大的平均距离～18nm，即激子波尔半径，通过减小硫化铅的晶体尺寸，使其与载流子的德布罗意波长具有相同的量级(～8nm)，即相当于激子波尔半径的一半，从而赋予硫化铅量子点(也称硫化铅纳米晶)尺寸依赖的光电特性，通过调整硫化铅量子点的尺寸来调节光电探测器对800nm～2000nm波段的敏感性。
硫化铅量子点可以通过多种方法合成，包括溶液相、气相、固相等，其中热注入法通过调整反应温度和时间可实现量子点尺寸的可控而广泛应用。热注入制备方法简单便于规模生产，得到的量子点溶液稳定，易涂覆成膜，并且可通过配体交换得到具有不同粒子间距的凝胶量子点层。在热注入法中通过控制热注入温度和反应时间来调整合成的量子点尺寸，从而制备得到对不同波长光响应的硫化铅量子点，调节光电探测器的敏感光谱范围，再将硫化铅量子点溶液旋涂或喷涂到石墨烯薄膜上，量子点薄膜的厚度可通过溶液浓度、涂覆次数来调控。可通过第一电极与第二电极读取量子点薄膜上产生的光电信号，石墨烯薄膜具有透光性同时作为量子点薄膜的载流子传输层，并对通过配体交换处理调整了量子点的结构，可达到便于载流子跃迁的目的，从而提高了光电探测器的性能。
在本实施例中，所述配体交换处理包括配体交换溶液的浸泡方式或混合方式，也就是说可将量子点薄膜浸泡在配体交换溶液中，当浸润时可较佳的实现配体交换的目的，或者也可以将量子点溶液与配体交换溶液混合后，制备配体交换后的量子点溶液，然后再形成量子点薄膜。
可选的，所述配体交换溶液的材料包括丁胺、乙二硫醇或苯二硫醇。其中，采用浸泡方式时，以硫化铅量子点为例，详细制备步骤包括：可将石墨烯薄膜放置于旋涂仪上，可通过为10mg/ml的硫化铅量子点的正辛烷溶液滴涂到石墨烯薄膜上，具体用量以石墨烯薄膜的大小为依据，以满足浸润为佳，可以在1000rpm～3000rpm旋转一时时间(如60s)，即在石墨烯的表面形成硫化铅量子点薄膜，由于硫化铅量子点薄膜具有长链结构，硫化铅量子点薄膜的厚度可为10nm，重复旋涂达到一定膜厚后，可浸没到1,2-乙二硫醇/乙腈溶液中，其中1,2-乙二硫醇与乙腈的体积比可为1:99，浸没时间可以根据膜厚调整，然后转移至乙腈溶液中将多余的1,2-乙二硫醇洗掉，即可得到短链结构配体包裹的硫化铅量子点薄膜，通过短链结构配体交换掉原硫化铅量子点中的长链结构。其中硫化铅量子点薄膜的厚度可通过量子点溶液浓度、旋涂次数和旋转速度等调整。
采用浸泡方式时，还可以通过在石墨烯薄膜上旋涂或喷涂硫化铅量子点溶液，制备出长链结构的硫化铅量子点薄膜，再将短链结构的配体交换溶液旋涂或喷涂在量子点薄膜之上，进行在固态下的配体交换，再将长链配体和过量的短链配体洗掉，可通过层层制备(多次制备)来得到短链配体结构的硫化铅量子点薄膜。例如，可以采用详细制备步骤为：可将基底放置于旋涂仪上，可通过10mg/ml硫化铅量子点的正辛烷溶液滴涂在基底上，具体用量以基底大小为依据，以达到浸润为佳，再进行旋干，即在基底表面是具有长链结构的硫化铅量子点薄膜，然后将体积比为1:99的1,2-乙二硫醇与乙腈溶液滴涂在硫化铅量子点薄膜之上，可停留5s～30s，然后再旋干，将多余的溶液去掉，而后可再滴涂乙腈溶液，再停留5s～30s，接着再旋干，将未反应的1,2-乙二硫醇冲洗干净后，即得到一层短链结构配体包裹的硫化铅量子点薄膜，重复此操作，该过程的旋转条件可为1000rmp～3000rpm，时间可为60s。其中硫化铅量子点薄膜厚度可通过量子点溶液浓度、旋涂次数和旋转速度等调整。
其中，采用混合方式时，以硫化铅量子点为例，详细制备步骤可包括：向硫化铅量子点的正辛烷溶液中加入反溶剂乙醇或丙酮，硫化铅量子点的正辛烷溶液与反溶剂的体积比可为1:3，硫化铅量子点是具有长链结构的量子点，通过离心将硫化铅量子点沉淀分离，再加入丁胺溶液后进行超声分散，丁胺溶液是为短链结构的配体交换溶液，丁胺溶液的浓度可为30mg/ml，然后迅速转移至圆底烧瓶中，再进行换气，在惰性气体氛围下，室温下搅拌反应2h～4h，然后可通过正己烷超声分散和乙醇进行离心分离，重复洗涤3次，再将所得物用正辛烷分散，从而得到短链结构配体包裹的硫化铅量子点溶液，通过短链结构配体交换掉原硫化铅量子点中的长链结构，该短链结构配体包裹的硫化铅量子溶液空气中易团聚，建议在惰性气体中保存，最后通过旋涂或喷涂方式在石墨烯薄膜上制备成短链结构配体包裹的硫化铅量子点薄膜，其中硫化铅量子点薄膜厚度可通过量子点溶液浓度、喷涂次数或旋涂次数、旋转速度等调整。
在本实施例中，继续结合图2所示，所述光电探测器的制作方法还包括：
形成保护层60，所述保护层60覆盖所述第一电极30、所述第二电极40和所述量子点薄膜50，可通过旋涂或涂覆方式在上述器件的上表面覆盖封装的保护层，所述保护层60的材料包括聚二甲基硅氧烷(PDMS，Polydimethylsiloxane),聚二甲基硅氧烷作为一种高分子有机硅化合物，可通过旋涂简单制备，具有光学透光性，聚二甲基硅氧烷其良好穿透力可在器件外表面形成无针孔、厚度均匀的透光绝缘涂层，给器件提供一个良好的防护涂层，较好地防御酸碱、颗粒、霉菌及各种腐蚀性气体的损害。
对应上述光电探测器的制作方法，本发明还提供一种光电探测器，如图2所示，所述光电探测器包括基底10、石墨烯薄膜20、第一电极30、第二电极40和量子点薄膜50，所述基底10为透光的且具有柔性的材料，所述石墨烯薄膜20位于所述基底10上，所述第一电极30和所述第二电极40位于所述石墨烯薄膜20上，所述量子点薄膜50位于所述第一电极20与所述第二电极30之间，所述量子点薄膜50位于所述石墨烯薄膜20上，所述量子点薄膜50经过配体交换处理。
如图3所示，所述第一电极30与所述第二电极40呈叉指型结构，由于第一电极30与第二电极40是相对设置的，叉指型结构也就是相对设置的呈梳状结构，梳柱部分分别交叉间隔，为了在低电压下获得尽可能大电流，应选择高长宽比(L/W)的叉指型结构，可通过真空蒸镀方式形成第一电极30和第二电极40，第一电极30和第二电极40的材料包括金、银或铝，这些材料形成的电极不仅具有较好的导电性能，在石墨烯薄膜上也具有一定的粘附力。
可选的，所述第一电极30和所述第二电极40之间的间距为1μm～100μm，这里的间距可以是平均间距或最小间距等表示出来的距离，也就是量子点薄膜所能形成的宽度，所述第一电极30和所述第二电极40的线宽为1μm～100μm，所述第一电极30和所述第二电极40的线厚为10nm～1000nm，例如，在蒸镀时调控参数来设置蒸镀速率和时间形成上述尺寸关系，通过上述尺寸关系可满足光电探测器的电性能。
可选的，所述基底10的材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)或聚氨酯(PI)，可实现透光率在30％～100％，通过上述材料来形成透光的且具有柔性的基底，在透光性以及可弯曲性上满足光电探测器的要求。结合所述的制作方法，光电探测器的表面是具有保护层的，给器件提供防护。
光电探测器在短波长的可见光区域发展迅速，但在高于800nm的近红外和红外光区域，仍然存在探测光波频单一、灵敏度低或光敏材料合成复杂等问题。与传统的光敏材料半导体相比，量子点具有易于制备、成本低廉、可大面积覆盖，且通过调整量子点尺寸可实现对不同波频的光吸收，量子点吸收光产生光生载流子，通过光电导型探测器将光学信号转化为可输出的电学信号，在电信(1300nm～1600nm)、热成像(>1500nm)、生物成像(800nm、1100nm)、热光伏(>1900nm)等近红外或红外领域具有潜在应用价值。
结合上述内容，如图4所示，作为一种较佳的应用方式，本发明还提供一种光电探测器织物，所述光电探测器织物包括如上所述的光电探测器，所述光电探测器的形状为条状，将所述光电探测器编织成织物。可通过采用对不同光谱响应的条状光电探测器，可实现多波频响应性，通过调整编织方法，可实现不同形状，贴合各种不规则表面，在可穿戴探测设备、仿生组织以及医学等领域具有潜在应用价值。
综上所述，在本发明提供的光电探测器及其制作方法、光电探测器织物，量子点薄膜位于石墨烯薄膜上，量子点薄膜光照响应产生的载流子会通过石墨烯传输出去，提高了光敏层量子点的载流子传输，从而提高了光电探测器的输出光电流，并通过配体交换处理便于量子点薄膜中载流子的跃迁，同时光电探测器设置在透光的石墨烯薄膜上并基于透光且具有柔性的基底，增加了光线透过率，从而使得光电探测器具备柔性、可弯曲和可编织性能，适应于不同工作场合的需要。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。