一种基于石墨烯/锗复合薄膜的高灵敏度位置探测器的构筑方法与流程

本发明属于光电子器件领域，具体涉及一种基于石墨烯/锗复合薄膜的高灵敏度位置探测器的构筑方法。

背景技术：

近年来，精准光电传感系统正被广泛研究和开发以应用于运动轨迹追踪、无人驾驶、精密仪器装配等方面。基于侧向光伏效应的光电探测器可以实现探测物体运动的位移、偏转角度、形状大小，这类位置探测器光电转换性能的好坏取决于界面的电荷转移。

随着单原子层无机二维材料制备工艺的发展，单原子层无机二维材料在开发高性能电子器件和光电子器件方面引起高度关注。在单原子层无机二维材料中，石墨烯作为二维材料的代表之一，其具有丰富的电子学性质，例如，石墨烯具有本征零带隙的类金属特性、双极型电学特性以及掺杂后能打开和调控带隙的特点；此外，在光激发下，石墨烯中会产生大量的热电子，即显示出显著的光热电效应。并且石墨烯因超高载流子迁移率、高热导/电导率、高机械强度、大比较面积、理想的化学稳定性等特点，在光电子器件中光活性层的应用中具有很大优势。同时，石墨烯优异的电子传输能力、力学性能及生物兼容性对于开发响应迅速的新型超薄透明光电子器件具有很大潜力。

在已报道的研究工作中，基于石墨烯的光电子器件显示出独特的性能。例如，lemme等人通过加栅压，对所构筑的基底为sio2/si的石墨烯器件中的石墨烯进行电掺杂，进而器件表现出优异的光电响应性能(lemmem.c.etal;gate-activatedphotoresponseinagraphenep-njunction,nanolett.,2011,11:4134–4137)；sassi等人将化学气象沉积法制备的石墨烯转移到linbo3晶体上，通过光热电子掺杂，得到了高性能中红外光电探测器(sassiu.etal；graphene-basedmid-infraredroom-temperaturepyroelectricbolometerswithultrahightemperaturecoefficientofresistance,nat.commun.,2016,8:14311)；wang等人在用化学气象沉积法生生长石墨烯的过程中，通过在同一刚性基底上分别选区注入p型和n型掺杂离子，成功构建了无缝石墨烯p-n结阵列，其具有优异的光电响应性能(wangg.etal；seamlesslateralgraphenep–njunctionsformedbyselectiveinsitudopingforhigh-performancephotodetectors,nat.commun.,2018,9:5168)。

基于石墨烯的光电子器件正广泛研究与完善，然而，关于构筑低成本、构筑工序简单的基于石墨烯的高灵敏度位置探测器相关的研究开发仍面临很大挑战。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种基于石墨烯/锗复合薄膜的高灵敏度位置探测器的构筑方法。

本发明的再一目在于，提供所述构筑方法得到的产品。

本发明目的通过以下方案实现：一种基于石墨烯/锗复合薄膜的高灵敏度位置探测器的构筑方法，通过设计石墨烯/锗复合结构、利用石墨烯/锗复合结构能高效分离光生激子和锗对石墨烯的掺杂效应，并控制器件预处理和退火温度与时间以进行界面和材料优化，包括以下步骤：

1）将采用化学气相沉积法所制备的石墨烯薄膜转移到锗薄膜和锗晶圆上，得石墨烯/锗样品；

2）将石墨烯/锗样品放在加热板上，在30～80℃加热5～20min进行预处理；

3）将石墨烯/锗样品放入真空烘箱中，在50～120℃退火15～30min后取出样品；

4）在步骤3)中处理好的样品上选取石墨烯表面、或石墨烯/锗界面之间和锗薄膜背面制作电极，即可获得基于石墨烯/锗复合薄膜的高灵敏度位置探测器。

本发明利用石墨烯/锗复合结构能高效分离光生激子，所构筑的光电位置探测器在光激发下显示出显著的侧向光伏效应。由于衬底ge对石墨烯的掺杂效应，该石墨烯/锗复合体系的光响应灵敏度被显著加强。同时，在器件构筑过程中，准确控制器件退火时间和温度，以优化石墨烯-锗之间的界面接触，成功制备了基于石墨烯/锗复合薄膜的高灵敏度位置探测器。在波长为532nm的激光点光源照射器件，器件的平均位置灵敏度达到100mv/mm量级，在靠近电极处，其局部位置灵敏度可达304mv/mm。此外，该器件对入射光的辐照强度大小也有显著的感应。该器件构筑方法简单可控，重复性高，在运动轨迹追踪、无人驾驶、精密仪器装配、gps定位等领域具有明显的应用价值。

在上述方案基础上，步骤1）中所用的石墨烯为用化学气相沉积法所得的单层或少层石墨烯。

进一步的，步骤1）中所述的锗薄膜和锗晶圆是至少采用原子沉沉积、磁控溅射或湿法制备所得的。

优选的，步骤2）中石墨烯/锗样品的预处理加热温度为50℃，加热时间为10min。

在上述方案基础上，步骤4）中，可将金属铟压在石墨烯/锗样品表面作为点电极、沉积au/ti电极或蒸镀银电极等。

进一步的，步骤4）中，电极位置选取石墨烯表面或、石墨烯/锗界面之间和锗薄膜背面。

优选的，电极位置选在石墨烯表面。

本发明还提供了一种基于石墨烯/锗复合薄膜的高灵敏度位置探测器，根据上述构筑方法得到的。

本发明提供了一种基于石墨烯/锗复合薄膜的高灵敏度位置探测器，构筑石墨烯/锗复合结构，并利用样品锗对石墨烯的掺杂效应和该结构能高效分离光生激子，使得该器件具有显著增强的侧向光伏效应和位置探测灵敏度。同时，准确控制器件退火温度和时间，优化了器件中的材料缺陷和界面接触，成功制备了基于石墨烯/锗复合薄膜的高灵敏度位置探测器。

附图说明

图1：实施例器1的电流-电压曲线；

图2：实施例器件1在波长为532nm的点光源、不同辐照强度下的位置探测灵敏度曲线。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

一种基于石墨烯/锗复合薄膜的高灵敏度位置探测器，通过设计石墨烯/锗复合结构、利用石墨烯/锗复合结构能高效分离光生激子和锗对石墨烯的掺杂效应，并控制器件预处理和退火温度与时间以进行界面和材料优化，按以下步骤构筑：

1）将采用化学气相沉积法所制备的石墨烯薄膜转移到用原子层沉积得到的锗薄膜上，得石墨烯/锗样品；

2）将石墨烯/锗样品放在加热板上，50℃加热10min进行预处理；随后，

3）将石墨烯/锗样品放入真空烘箱中，在70℃退火30min后，将退火处理的样品取出；

4）在步骤3)中处理好的样品上制作电极，将金属铟压在石墨烯/锗样品表面作为点电极，即获得高位置灵敏度的基于石墨烯/锗复合薄膜的位置探测器。

附图1是本实施例器件1的电流-电压曲线，其反映了波长为532nm的点光源分别辐照在两个点电极（以a点、b点以示区分）时，器件的伏安特性，该电流-电压曲线显示出器件具备整流特性，说明该石墨烯/锗体系在光辐照下的侧向光伏效应显著；附图2为本实施例器件1在不同功率点光源辐照下的位置探测灵敏度曲线，由图可知，在波长为532nm的激光点光源照射器件，器件的平均位置灵敏度达到100mv/mm量级，在靠近电极处，其局部位置灵敏度可达304mv/mm。此外，附图2也反映出器件对点光源的位置和强度有着良好的线性响应。

实施例2：

一种基于石墨烯/锗复合薄膜的高灵敏度位置探测器，与实施例1近似，按以下步骤构筑：

1）将采用化学气相沉积法所制备的石墨烯薄膜转移到用磁控溅射所制备得到的锗薄膜上，得石墨烯/锗样品；接着，

2）将该石墨烯/锗样品放在加热板上，在40℃加热15min进行预处理；随后

3）将石墨烯/锗样品放入真空烘箱中，在80℃退火20min后将样品取出；

4）在步骤3)中处理好的样品上制作电极，将金属铟压在石墨烯/锗样品表面作为点电极，即获得高位置灵敏度的基于石墨烯/锗复合薄膜的位置探测器。

实施例3：

一种基于石墨烯/锗复合薄膜的高灵敏度位置探测器，与实施例1近似，按以下步骤构筑：

1）将采用化学气相沉积法所制备的石墨烯薄膜转移到商用锗晶圆上，得石墨烯/锗样品；接着

2）将该石墨烯/锗样品放在加热板上，在60℃加热5min进行预处理；随后，

3）将石墨烯/锗样品放入真空烘箱中，在100℃退火15min后，将样品取出；

4）在步骤3)中处理好的样品上制作电极，将金属铟压在石墨烯/锗样品表面作为点电极，即获得高位置灵敏度的基于石墨烯/锗复合薄膜的位置探测器。

实施例4：

一种基于石墨烯/锗复合薄膜的高灵敏度位置探测器，与实施例1近似，按以下步骤构筑：

1）将采用化学气相沉积法所制备的石墨烯薄膜转移到玻璃上，将溶液法制备的锗量子点滴涂在石墨烯上，得石墨烯/锗样品；接着，

2）将该石墨烯/锗样品放在加热板上，在60℃加热20min进行烘干预处理；随后，

3）将石墨烯/锗样品放入真空烘箱中，在80℃退火15min后，将样品取出；

4）在步骤3)中处理好的样品制作电极，将金属铟压在石墨烯/锗样品表面作为点电极，即获得高位置灵敏度的基于石墨烯/锗复合薄膜的位置探测器。

实施例5：

一种基于石墨烯/锗复合薄膜的高灵敏度位置探测器，与实施例1近似，按以下步骤构筑：

1）将采用化学气相沉积法所制备的石墨烯薄膜转移到商用锗晶圆上，得石墨烯/锗样品；接着，

2）将该石墨烯/锗样品放在加热板上，在60℃加热5min进行预处理；随后

3）将石墨烯/锗样品放入真空烘箱中，在100℃退火15min后，取出样品；

4）在步骤3)中处理好的样品上制作电极，在该样品的石墨烯表面沉积au/ti电极，即获得高位置灵敏度的基于石墨烯/锗复合薄膜的位置探测器。

实施例6：

一种基于石墨烯/锗复合薄膜的高灵敏度位置探测器，与实施例1近似，按以下步骤构筑：

1）将采用化学气相沉积法所制备的石墨烯薄膜转移到商用锗晶圆上，得石墨烯/锗样品；接着，

2）将石墨烯/锗样品放在加热板上，在70℃加热10min进行预处理；随后，

3）将石墨烯/锗样品放入真空烘箱中，在60℃退火30min后，将样品取出；

4）在步骤3)中处理好的样品上制作电极，在该样品的石墨烯表面蒸镀银电极，即获得高位置灵敏度的基于石墨烯/锗复合薄膜的位置探测器。

实施例7:

一种基于石墨烯/锗复合薄膜的高灵敏度位置探测器，与实施例1近似，按以下步骤构筑：

1）将商用石墨烯纳米片分散在溶剂中滴涂在商用本征ge上，得石墨烯/锗样品；接着

2）将石墨烯/锗样品放在加热板上，在60℃加热10min进行预处理；随后，

3）将石墨烯/锗样品放入真空烘箱中，在100℃退火15min后取出样品；

4）在步骤3)中处理好的样品上制作电极，将金属铟压在石墨烯/锗样品表面作为点电极，即获得高位置灵敏度的基于石墨烯/锗复合薄膜的位置探测器。