CN106784057A - 一种近红外光敏晶体管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种近红外光敏晶体管及其制备方法。本发明提供的近红外光敏晶体管，包括依次设置的单晶硅基底、二氧化硅层、石墨烯层和相对设置的电极对，所述电极对间设置有硒化铅量子点层，通过石墨烯提高载流子的迁移率，通过硒化铅量子点使近红外光敏晶体管对不同波长光具有灵敏的相应，得到的近红外光敏晶体管同时具有高响应率和快响应速度。实验结果表明，本发明提供的近红外光敏晶体管探测器探测波长可达1550nm，且响应灵敏度可达108A/W。

Description

一种近红外光敏晶体管及其制备方法
技术领域
本发明涉及光电元件技术领域，特别涉及一种近红外光敏晶体管及其制备方法。
背景技术
高灵敏度的光电探测器件是图像传感器的重要部件，由于常见的有机光电探测器(如光电二极管和有机双极光电晶体管等)存在着激子快速湮灭和增益小等方面的不足，使得其在应用中受到一定的限制。
2004年，英国曼彻斯特大学两位科学家K.S.Novoselov和A.K.Geim从高定向石墨中首次成功剥离出只有一个碳原子层的二维平面晶体材料-石墨烯，并利用其制备出石墨烯场效应光敏晶体管，获得了石墨烯作为二维晶体材料独特的电学特性。至此之后，石墨烯立即在材料、物理、化学、生物和电子信息等领域引起了极大的研究热情。最近几年来，越来越多的学者开始致力于把石墨烯材料引入电子工业，希望利用其特点制作出各种功能的电子器件，例如场效应晶体管、透明电极、传感器、触摸屏和超级电容器等。
石墨烯具有许多独特的物理特性，如：双极性场效应，在电场的作用下能够从n型连续地变为p型，载流子浓度可以达到1×1013cm-2；超高的迁移率，在室温时的亚微米尺寸下，依然保持超高的电子迁移速率1.5×104cm2V-1S-1；带隙调控；量子霍尔效应；透光性等。上述特性使得石墨烯成为制备场效应晶体管的良好材料，而目前针对石墨烯电子器件的研究也大部分都集中于场效应晶体管领域。
石墨烯场效应晶体管以其固有的晶体管放大功能体管被认为是一种优良的传感器候选材料，以其高载流子迁移率60000cm2V-1s-1及宽波长吸收被广泛用于光敏晶体管领域。但是单层石墨烯吸光率只有2％，使得石墨烯光探测器的探测灵敏度非常低≤6.1mAW-1，因此其只能被用于探测强光。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有高响应率的近红外光敏晶体管及其制备方法。
本发明提供了一种近红外光敏晶体管，包括依次设置的单晶硅基底、二氧化硅层、石墨烯层和相对设置的电极对，所述电极对间设置有硒化铅量子点层。
优选的，所述硒化铅量子点层的厚度为5～30nm。
优选的，所述硒化铅量子点的粒径为5～7nm。
优选的，所述石墨烯层的材质为单层石墨烯。
优选的，所述石墨烯层的厚度为0.2～0.5nm。
优选的，所述电极对的厚度独立为60～80nm。
优选的，所述电极对的材质为金、银或铝。
优选的，所述二氧化硅层的厚度为280～320nm。
优选的，所述单晶硅基底的厚度为180～220μm。
本发明还提供了上述技术方案所述近红外光敏晶体管的制备方法，包括以下步骤：
(1)将单晶硅基底表面的二氧化硅层进行刻蚀，得到单晶硅-二氧化硅复合材料；
(2)将石墨烯平铺于所述步骤(1)得到的单晶硅-二氧化硅复合材料中二氧化硅层的表面，得到单晶硅-二氧化硅-石墨烯复合材料；
(3)在所述步骤(2)得到的单晶硅-二氧化硅-石墨烯复合材料中石墨烯层的表面蒸镀电极对，得到石墨烯晶体管；
(4)在所述步骤(3)得到的石墨烯晶体管的电极对间的石墨烯层表面涂覆硒化铅量子点，得到近红外光敏晶体管。
本发明提供了一种近红外光敏晶体管，包括依次设置的单晶硅基底、二氧化硅层、石墨烯层和相对设置的电极对，所述电极对间设置有硒化铅量子点层。本发明提供的近红外光敏晶体管通过石墨烯提高载流子的迁移率，通过硒化铅量子点使近红外光敏晶体管对不同波长光具有灵敏的响应，得到的近红外光敏晶体管同时具有高响应率和快响应速度。实验结果表明，本发明提供的近红外光敏晶体管探测器探测波长可达1550nm，且响应灵敏度可达108A/W。
附图说明
图1为本发明实施例1使用的单层石墨烯的拉曼光谱图；
图2为本发明实施例1使用的硒化铅量子点的TEM图；
图3为本发明实施例1使用的硒化铅量子点的XRD图谱；
图4为本发明实施例1使用的硒化铅量子点的紫外吸收光谱；
图5为本发明实施例1制备的近红外光敏晶体管的结构示意图；
图6为本发明实施例1制备的近红外光敏晶体管和对比例1制备的石墨烯晶体管在波长895nm光照下的传输曲线图；
图7为本发明实施例1制备的近红外光敏晶体管在波长895nm光照不同光强下栅压与电流的关系曲线图；
图8为本发明实施例1制备的近红外光敏晶体管在波长895nm光照不同光强下漏极、源极电压与响应率的关系曲线图；
图9为本发明实施例1制备的近红外光敏晶体管在波长895nm光照不同光强下的传输曲线图；
图10为本发明实施例1制备的近红外光敏晶体管在波长895nm光照下光强与响应率的关系曲线图；
图11为本发明实施例1制备的近红外光敏晶体管硒化铅量子点与石墨烯异质结的载流子产生原理图；
图12为本发明实施例1制备的近红外光敏晶体管在波长895nm光照下的瞬态光响应测试曲线图；
图13为本发明实施例1制备的近红外光敏晶体管在波长895nm光照下脉冲光下的循环光响应测试曲线图；
图14为本发明实施例1制备的近红外光敏晶体管在波长1550nm光照下的传输曲线图；
图15为本发明实施例1制备的近红外光敏晶体管在波长1550nm光照不同光强下漏极、源极电压与响应率的关系曲线图；
图16为本发明实施例1制备的近红外光敏晶体管在波长1550nm光照下的瞬态光响应测试曲线图；
图17为本发明实施例1制备的近红外光敏晶体管在波长1550nm光照下脉冲光下的循环光响应测试曲线图；
图18为本发明对比例1中石墨烯晶体管在波长895nm光照不同光强下的传输曲线图。
具体实施方式
本发明提供了一种近红外光敏晶体管，包括依次设置的单晶硅基底、二氧化硅层、石墨烯层和相对设置的电极对，所述电极对间设置有硒化铅量子点层。
本发明提供的近红外光敏晶体管包括单晶硅基底。在本发明中，所述单晶硅基底的厚度优选为180～220μm，更优选为190～210μm。本发明对所述单晶硅基底的种类没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的用于光敏晶体管的单晶硅即可。
本发明提供的近红外光敏晶体管包括设置于所述单晶硅基底表面的二氧化硅层。在本发明中，所述二氧化硅层的厚度优选为280～320nm，更优选为290～310nm。在本发明中，所述二氧化硅层优选由二氧化硅经刻蚀后得到；所述刻蚀后的二氧化硅具有良好的亲水性。
本发明提供的近红外光敏晶体管包括设置于所述二氧化硅层表面的石墨烯层。在本发明中，所述石墨烯层的材质优选为单层石墨烯。在本发明中，所述石墨烯层的厚度优选为0.2～0.5nm，更优选为0.3～0.4nm。在本发明中，所述石墨烯层提高了近红外光敏晶体管的载流子迁移率。
本发明提供的近红外光敏晶体管包括在所述石墨烯层表面的两端相对设置的电极对。在本发明中，所述电极对的厚度独立优选为60～80nm，更优选为65～75nm。在本发明中，所述电极对之间的间距优选为0.1～2mm，更优选为0.5～1.5mm。本发明对所述电极对的材质没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的用于晶体管的电极材质即可。在本发明中，所述电极对的材质优选为金、银或铝。
本发明提供的近红外光敏晶体管还包括设置于所述电极对之间的石墨烯表面的硒化铅量子点层。在本发明中，所述硒化铅量子点层的厚度优选为5～30nm，更优选为10～25nm，最优选为15～20nm。在本发明中，所述硒化铅量子点的粒径优选为5～7nm，更优选为5.5～6.5nm。在本发明中，所述硒化铅量子点使近红外光敏晶体管对不同波长光具有非常灵敏的响应，提高了近红外光敏晶体管的响应率。
本发明对所述硒化铅量子点的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售硒化铅量子点，或按照本领域技术人员熟知的硒化铅量子点的制备方法制备即可。
本发明提供的近红外光敏晶体管的探测波长优选为895～1550nm，更优选为1000～1200nm。在本发明中，所述近红外光敏晶体管的响应灵敏度优选为107～108A/W。在本发明中，所述近红外光敏晶体管的响应时间优选为0.2～0.4s，回复时间优选为0.5～1.0s。
本发明还提供了上述技术方案所述近红外光敏晶体管的制备方法，包括以下步骤：
(1)将单晶硅基底表面的二氧化硅层进行刻蚀，得到单晶硅-二氧化硅复合材料；
(2)将石墨烯平铺于所述步骤(1)得到的单晶硅-二氧化硅复合材料中二氧化硅层的表面，得到单晶硅-二氧化硅-石墨烯复合材料；
(3)在所述步骤(2)得到的单晶硅-二氧化硅-石墨烯复合材料中石墨烯层的表面蒸镀电极对，得到石墨烯晶体管；
(4)在所述步骤(3)得到的石墨烯晶体管的电极对间的石墨烯层表面涂覆硒化铅量子点，得到近红外光敏晶体管。
本发明将单晶硅基底表面的二氧化硅层进行刻蚀，得到单晶硅-二氧化硅复合材料。本发明对所述单晶硅基底的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本发明中，所述单晶硅基底和二氧化硅层优选为表面氧化的单晶硅片。本发明对所述表面氧化的单晶硅片的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。本发明对所述表面氧化的单晶硅片的尺寸没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的单晶硅基底尺寸即可。在本发明中，所述表面氧化的单晶硅片的尺寸优选为0.8～1.2cm×0.8～1.2cm。
在本发明中，所述刻蚀优选为氧等离子体刻蚀；所述刻蚀的气压优选为99～100kPa；所述刻蚀的功率优选为80～100W，更优选为85～95W；所述刻蚀的时间优选为200～230s。在本发明中，所述刻蚀能够改善二氧化硅层的亲水性。
本发明优选在刻蚀前对表面氧化的单晶硅片进行洗涤。本发明对所述洗涤的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的洗涤的技术方案即可。在本发明中，所述洗涤的洗涤液优选为丙酮、异丙醇和水。本发明优选依次采用丙酮和异丙醇各洗涤1～2次，然后用水洗涤1～3次。
得到单晶硅-二氧化硅复合材料后，本发明将石墨烯平铺于所述单晶硅-二氧化硅复合材料的二氧化硅层表面，得到单晶硅-二氧化硅-石墨烯复合材料。在本发明中，所述石墨烯优选为单层石墨烯。本发明对所述单层石墨烯的种类及来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售单层石墨烯即可。在本发明中，所述单层石墨烯优选为金属基底单层石墨烯，更优选为铜基底单层石墨烯、镍基底单层石墨烯或铂基底单层石墨烯；所述铜基底单层石墨烯优选为铜基底CVD单层石墨烯。在本发明中，所述铜基底的厚度优选为40～50μm，更优选为43～46μm。
本发明优选通过转移将所述石墨烯平铺于单晶硅-二氧化硅复合材料的二氧化硅层表面。本发明对所述转移的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的石墨烯转移的方法即可。在本发明中，所述转移优选包括湿法转移、roll-to-roll转移、电化学转移、干法转移或机械剥离。具体的，当所述石墨烯为金属基底单层石墨烯时，所述湿法转移优选包括以下步骤：
(a)在石墨烯表面涂覆甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，得到金属基底-石墨烯-PMMA复合物；
(b)将所述步骤(a)得到的金属基底-石墨烯-PMMA复合物与刻蚀液混合，刻蚀得到石墨烯-PMMA复合物；
(c)将所述步骤(b)得到的石墨烯-PMMA复合物平铺于单晶硅-二氧化硅复合材料的二氧化硅层表面，使石墨烯与二氧化硅接触，得到单晶硅-二氧化硅-石墨烯-PMMA复合物；
(d)去除所述步骤(c)得到的单晶硅-二氧化硅-石墨烯-PMMA复合物表面的PMMA，得到单晶硅-二氧化硅-石墨烯复合材料。
本发明优选在石墨烯表面涂覆甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，得到金属基底-石墨烯-PMMA复合物。在本发明中，所述PMMA的分子量优选为120000～540000g/mol，更优选为200000～400000g/mol。在本发明中，所述PMMA优选以PMMA溶液的形式涂覆与石墨烯表面。在本发明中，所述PMMA溶液的浓度优选为20～30mg/mL；所述PMMA溶液的溶剂优选为苯甲醚、氯苯、氯仿和甲苯中的一种或多种。
在本发明中，所述PMMA的涂覆量优选为0.08～0.12mL/cm2。在本发明中，所述涂覆优选为旋涂；所述旋涂的转速优选为2900～3100rpm；所述旋涂的时间优选为25～35s。
涂覆完成后，本发明优选将所述涂覆得到的产物干燥，得到金属基底-石墨烯-PMMA复合物。本发明对所述干燥的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的干燥的方法即可。在本发明中，所述干燥的温度优选为室温；所述干燥的时间优选为2.5～3.5h。
得到金属基底-石墨烯-PMMA复合物后，本发明优选将所述金属基底-石墨烯-PMMA复合物与刻蚀液混合，刻蚀得到石墨烯-PMMA复合物。本发明对所述刻蚀液的用量没有特殊的限定，能够浸没所述金属基底-石墨烯-PMMA复合物即可。在本发明中，所述刻蚀液优选为硝酸铁溶液；所述硝酸铁溶液的浓度优选为20～50mg/mL，更优选为30～40mg/mL。在本发明中，所述刻蚀液与金属基底反应，溶解金属基底，得到石墨烯-PMMA复合物。
刻蚀后，本发明优选将所述刻蚀的产物进行清洗，得到石墨烯-PMMA复合物。在本发明中，所述清洗的次数优选为3次。本发明优选将所述反应的产物浸泡于水中进行清洗。在本发明中，所述浸泡的时间优选为4～6min。
得到石墨烯-PMMA复合物后，本发明优选将所述石墨烯-PMMA复合物平铺于单晶硅-二氧化硅复合材料的二氧化硅层表面，使石墨烯与二氧化硅接触，得到单晶硅-二氧化硅-石墨烯-PMMA复合物。
平铺完成后，本发明优选将所述平铺后的产物干燥，得到单晶硅-二氧化硅-石墨烯-PMMA复合物。本发明对所述干燥的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的干燥的技术方案即可。在本发明中，所述干燥优选为自然晾干后烘干。在本发明中，所述烘干的温度优选为90～110℃，更优选为95～105℃；所述烘干的时间优选为20～30min。在本发明中，所述干燥使石墨烯在二氧化硅层表面形成表面吸附，得到单晶硅-二氧化硅-石墨烯-PMMA复合物。
得到单晶硅-二氧化硅-石墨烯-PMMA复合物后，本发明优选将所述单晶硅-二氧化硅-石墨烯-PMMA复合物表面的PMMA去除，得到单晶硅-二氧化硅-石墨烯复合材料。本发明对所述PMMA的去除的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的去除PMMA的技术方案即可。本发明优选将所述单晶硅-二氧化硅-石墨烯-PMMA复合物与丙酮混合后加热去除PMMA。在本发明中，所述加热的温度优选为55～65℃；所述加热的时间优选为200～240min。本发明优选在加热过程中对所述丙酮溶液进行更换；所述更换的时间间隔优选为50～60min。
得到单晶硅-二氧化硅-石墨烯复合材料后，本发明在所述单晶硅-二氧化硅-石墨烯复合材料的石墨烯层表面蒸镀电极层，得到石墨烯晶体管。在本发明中，所述蒸镀优选为真空蒸镀；所述真空蒸镀的温度优选为1000～1200℃，更优选为1050～1150℃；所述真空蒸镀的时间优选为250～350s，更优选为280～320s；所述真空蒸镀的真空度优选为0.8～1.2×10-5Pa。
为使电极层形成相对设置的电极对，本发明优选在所述蒸镀前在所述单晶硅-二氧化硅-石墨烯复合材料的石墨烯表面粘贴掩模板，然后在蒸镀完成后去除。本发明对所述掩模板的形状和尺寸没有特殊的要求，根据石墨烯和所需电极对的尺寸进行调整即可。
得到石墨烯晶体管后，本发明优选在所述石墨烯晶体管的电极对间的石墨烯层表面涂覆硒化铅量子点，得到近红外光敏晶体管。在本发明中，所述硒化铅量子点优选以硒化铅量子点溶液的形式进行涂覆。在本发明中，所述涂覆优选为旋涂。在本发明中，所述硒化铅量子点溶液的浓度优选为20～50mg/mL，更优选为30～40mg/mL；所述硒化铅量子点溶液的溶剂优选为N-甲基甲酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、甲酰胺或四氯乙烯。
本发明对所述硒化铅量子点的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售硒化铅量子点，或按照本领域技术人员熟知的硒化铅量子点的制备方法制备即可。本发明优选按照中国发明专利CN 102971255 A所述技术方案制备得到硒化铅量子点的油酸溶液，然后进行配体转换，得到以碘化铵为配体的硒化铅量子点。在本发明中，所述配体转换可以取代较长的油酸配体，便于光电子在量子点与石墨烯之间的传输。
本发明对所述配体转换的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的配体转换的技术方案即可。在本发明中，所述配体转换优选在惰性气体保护下进行。在本发明中，所述配体转换优选包括以下步骤：
①将硒化铅量子点的油酸溶液、碘化铵、N,N-二甲基甲酰胺和丙酮混合，第一离心得到下层溶液；
②将所述步骤①中得到的下层溶液与丙酮混合，第二离心得到以碘化铵为配体的硒化铅量子点。
本发明优选将硒化铅量子点的油酸溶液、碘化铵、N,N-二甲基甲酰胺和丙酮混合，第一离心得到下层溶液。在本发明中，所述第一离心的速率优选为800～1200rpm，所述第一离心的时间优选为3～5min。在本发明中，所述碘化铵与硒化铅量子点的质量比优选为40～50:50～60。在本发明中，所述N,N-二甲基甲酰胺和丙酮的体积比优选为1:80～90。
得到下层溶液后，本发明优选将所述下层溶液与丙酮混合，第二离心得到以碘化铵为配体的硒化铅量子点。在本发明中，所述第二离心的速率优选为800～1200rpm，所述第二离心的时间优选为3～5min。在本发明中，所述下层溶液与丙酮的体积比优选为1:3～5。
在本发明中，所述旋涂优选在惰性气体保护下进行。在本发明中，所述惰性气体优选为氩气。在本发明中，所述旋涂的速率优选为2900～3100rpm；所述旋涂的时间优选为25～35s。本发明优选根据所需硒化铅量子点层的厚度进行多次旋涂；所述旋涂的次数优选为1～5次。
旋涂完成后，本发明优选将所述旋涂后的产物干燥，得到近红外光敏晶体管。本发明对所述干燥的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的干燥的技术方案即可。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的近红外光敏晶体管及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1:
将分子量为996000g/mol的甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶于苯甲醚中，搅拌得到澄清透明的浓度为25mg/ml的PMMA/苯甲醚溶液；
将单层铜基底石墨烯裁剪至1cm×1cm大小，旋涂制备的PMMA/苯甲醚溶液，转速3000rpm，旋涂时间30s，旋涂完毕室温干燥3h；
配置50mg/ml硝酸铁溶液，将干燥后的PMMA/石墨烯置于硝酸铁溶液中，使铜基底刻蚀完全；将刻蚀掉铜基底的样品转移至去离子水中浸泡30min后换水，重复3次；
将表面氧化硅片裁剪至1.1cm×1.1cm大小，分别用丙酮，异丙醇，去离子水超声清洗，干燥，用氧等离子体刻蚀硅片表面，改善硅片的亲水性；
用处理后的硅片将PMMA/石墨烯小心捞起，使其平铺于硅片表面，室温干燥，肉眼观察不到表面水分后置于热台90℃加热，彻底去除样品表面水分；冷却至室温后放入丙酮溶液中60℃加热，除掉表面PMMA；处理完毕，水洗，干燥；
将石墨烯面粘贴于特定形状掩模版上，通过真空蒸镀一层60nm厚金电极，去除掩模板；
在氩气保护下，取粒径6nm量子点油酸溶液6ml，分别加入300ul碘化铵的N-甲基甲酰胺溶液、2.7mL丙酮，混合均匀后1000rpm离心3min，除去上清液，加入3倍体积丙酮，1000rpm离心3min，干燥后溶于3mL N-甲基甲酰胺(MFA)；
将转换配体后的量子点溶液在手套箱中旋涂到石墨烯表面，旋涂时间30s,转速3000rpm，待第一次旋涂干燥后同样条件再次旋涂；干燥，得到近红外光敏晶体管。
本实施例使用的单层石墨烯的拉曼光谱图如图1所示，从图1可以看出，G峰和2D峰的强度比小于1/2，表明石墨烯为单层石墨烯；
本实施例使用的硒化铅量子点的TEM图如图2所示，从图2可以看出，量子点单分散性良好，粒径在6nm；
本实施例使用的硒化铅量子点的XRD图谱如图3所示，从图3可以看出，量子点的结晶性良好；
本实施例使用的硒化铅量子点的紫外吸收光谱如图4所示，从图4可以看出，量子点吸收峰在1491nm处，表明量子点对≤1491nm波长的光有较强吸收；
本实施例制备得到的近红外光敏晶体管的结构如图5所示，从图中可以看出，本实施例制备的近红外光敏晶体管包括依次设置的单晶硅基底、二氧化硅层、石墨烯层和金电极对，金电极对间有硒化铅量子点层。
本实施例制备的近红外光敏晶体管中单晶硅基底厚度为200μm、二氧化硅层厚度为300nm、石墨烯层厚度为0.335nm，电极层厚度为60nm，硒化铅量子点层厚度为15nm。
实施例2：
将分子量为996000g/mol的甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶于苯甲醚中，搅拌得到澄清透明的浓度为25mg/ml的PMMA/苯甲醚溶液；
将单层铜基底石墨烯裁剪至1cm×1cm大小，旋涂制备的PMMA/苯甲醚溶液，转速3000rpm，旋涂时间30s，旋涂完毕室温干燥3h；
配置50mg/ml硝酸铁溶液，将干燥后的PMMA/石墨烯置于硝酸铁溶液中，使铜基底刻蚀完全；将刻蚀掉铜基底的样品转移至去离子水中浸泡30min后换水，重复3次；
将表面氧化硅片裁剪至1.1cm×1.1cm大小，分别用丙酮，异丙醇，去离子水超声清洗，干燥，用氧等离子体刻蚀硅片表面，改善硅片的亲水性；
用处理后的硅片将PMMA/石墨烯小心捞起，使其平铺于硅片表面，室温干燥，肉眼观察不到表面水分后置于热台90℃加热，彻底去除样品表面水分；冷却至室温后放入丙酮溶液中60℃加热，除掉表面PMMA；处理完毕，水洗，干燥；
将石墨烯面粘贴于特定形状掩模版上，通过真空蒸镀一层60nm厚金电极，去除掩模板；
在氩气保护下，取粒径6nm量子点油酸溶液6ml，分别加入300ul碘化铵的N-甲基甲酰胺溶液、2.7mL丙酮，混合均匀后1000rpm离心3min，除去上清液，加入3倍体积丙酮，1000rpm离心3min，干燥后溶于3mL N-甲基甲酰胺(MFA)；
将转换配体后的量子点溶液在手套箱中旋涂到石墨烯表面，旋涂时间30s,转速3000rpm，待第一次旋涂干燥后同样条件再次旋涂；干燥，重复旋涂3次，得到近红外光敏晶体管。
本实施例制备的近红外光敏晶体管中单晶硅基底厚度为200μm、二氧化硅层厚度为300nm、石墨烯层厚度为0.335nm，电极层厚度为60nm，硒化铅量子点层厚度为21nm。
实施例3:
将分子量为996000g/mol的甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶于苯甲醚中，搅拌得到澄清透明的浓度为25mg/ml的PMMA/苯甲醚溶液；
将单层铜基底石墨烯裁剪至1cm×1cm大小，旋涂制备的PMMA/苯甲醚溶液，转速3000rpm，旋涂时间30s，旋涂完毕室温干燥3h；
配置50mg/ml硝酸铁溶液，将干燥后的PMMA/石墨烯置于硝酸铁溶液中，使铜基底刻蚀完全；将刻蚀掉铜基底的样品转移至去例子水中浸泡30min后换水，重复3次；
将表面氧化硅片裁剪至1.1cm×1.1cm大小，分别用丙酮，异丙醇，去离子水超声清洗，干燥，用氧等离子体刻蚀硅片表面，改善硅片的亲水性；
用处理后的硅片将PMMA/石墨烯小心捞起，使其平铺于硅片表面，室温干燥，肉眼观察不到表面水分后置于热台90℃加热，彻底去除样品表面水分；冷却至室温后放入丙酮溶液中60℃加热，除掉表面PMMA；处理完毕，水洗，干燥；
将石墨烯面粘贴于特定形状掩模版上，通过真空蒸镀一层60nm厚金电极，去除掩模板；
在氩气保护下，取粒径6nm量子点油酸溶液6ml，分别加入300ul碘化铵的N-甲基甲酰胺溶液、2.7mL丙酮，混合均匀后1000rpm离心3min，除去上清液，加入3倍体积丙酮，1000rpm离心3min，干燥后溶于3mNL甲基甲酰胺(MFA)；
将转换配体后的量子点溶液在手套箱中旋涂到石墨烯表面，旋涂时间30s,转速3000rpm，待第一次旋涂干燥后同样条件再次旋涂；干燥，重复旋涂4次，得到近红外光敏晶体管。
本实施例制备的近红外光敏晶体管中单晶硅基底厚度为200μm、二氧化硅层厚度为300nm、石墨烯层厚度为0.335nm，电极层厚度为80nm，硒化铅量子点层厚度为27nm。
对比例1:
按照实施例1的方法，制备得到石墨烯晶体管。
对实施例1和对比例1制备的近红外光敏晶体管分别在895nm和1550nm光下进行性能测试。
实施例1制备的近红外光敏晶体管和对比例1制备的石墨烯晶体管在波长895nm光照下的传输曲线图如图6所示，从图6可以看出，量子点对石墨烯形成N型掺杂；
实施例1制备的近红外光敏晶体管在波长895nm光照不同光强下栅压与电流的关系曲线图如图7所示，从图7可以看出，随着栅压和光强的增加，光电流增加，这是由于栅压和光强越大，载流子浓度越高，光电流越大；
实施例1制备的近红外光敏晶体管在波长895nm光照不同光强下漏极、源极电压与响应率的关系曲线图如图8所示，由图可知最高响应达到107A/W；
实施例1制备的近红外光敏晶体管在波长895nm光照不同光强下的传输曲线图如图9，所示，由图可知在光照下，光激发量子点产生电子和空穴，空穴和电子传输到低能级的石墨烯，由于电子较空穴略高的迁移率，表明有更多的空穴存在于石墨烯层，需要更高的栅压来平衡电荷达到狄拉克点，所以转移曲线的狄拉克点随着光强增大，狄拉克点正向移动；
实施例1制备的近红外光敏晶体管在波长895nm光照下光强与响应率的关系曲线图如图10，由图可知响应率随着光强的增加而减小，与公式拟合曲线一致，表明了结果的可靠性；
实施例1制备的近红外光敏晶体管硒化铅量子点与石墨烯异质结的载流子产生原理图如图11，由图可知光激发载流子在量子点产生并向低能级的石墨烯传输；
实施例1制备的近红外光敏晶体管在波长895nm光照下的瞬态光响应测试曲线图如图12，由图可知晶体管的响应时间为0.237s，回复时间为0.939s；
实施例1制备的近红外光敏晶体管在波长895nm光照下脉冲光下的循环光响应测试曲线图如图13，表明近红外光敏晶体管有良好的稳定性；
实施例1制备的近红外光敏晶体管在波长1550nm光照下的传输曲线图如图14，可以看出，在光照下，光激发量子点产生电子和空穴，空穴和电子传输到低能级的石墨烯，由于电子较空穴略高的迁移率，表明有更多的空穴存在石墨烯层，需要更高的栅压来平衡电荷达到狄拉克点，所以转移曲线的狄拉克点随着光强增大，狄拉克点正向移动；
实施例1制备的近红外光敏晶体管在波长1550nm光照不同光强下漏极、源极电压与响应率的关系曲线图如图15，由图可知晶体管的最大响应率为108A/W，响应率随着光强增加而减小；
实施例1制备的近红外光敏晶体管在波长1550nm光照下的瞬态光响应测试曲线图如图16，由图可知晶体管的响应时间为0.300s，回复时间为0.590s；
实施例1制备的近红外光敏晶体管在波长1550nm光照下脉冲光下的循环光响应测试曲线图如图17，表明晶体管有良好的稳定性。
本发明对比例1中石墨烯晶体管在波长895nm光照不同光强下的传输曲线图如图18，与图9对比可知量子点能明显增强光吸收作用。
由以上实施例可以看出，本发明提供的近红外光敏晶体管对波长为895～1550nm范围的光均具有高响应率和快响应速度，且具有良好的稳定性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种近红外光敏晶体管，包括依次设置的单晶硅基底、二氧化硅层、石墨烯层和相对设置的电极对，所述电极对间设置有硒化铅量子点层。
2.根据权利要求1所述的近红外光敏晶体管，其特征在于，所述硒化铅量子点层的厚度为5～30nm。
3.根据权利要求1或2所述的近红外光敏晶体管，其特征在于，所述硒化铅量子点的粒径为5～7nm。
4.根据权利要求1所述的近红外光敏晶体管，其特征在于，所述石墨烯层的材质为单层石墨烯。
5.根据权利要求1或4所述的近红外光敏晶体管，其特征在于，所述石墨烯层的厚度为0.2～0.5nm。
6.根据权利要求1所述的近红外光敏晶体管，其特征在于，所述电极对的厚度独立为60～80nm。
7.根据权利要求1或6所述的近红外光敏晶体管，其特征在于，所述电极对的材质为金、银或铝。
8.根据权利要求1所述的近红外光敏晶体管，其特征在于，所述二氧化硅层的厚度为280～320nm。
9.根据权利要求1所述的近红外光敏晶体管，其特征在于，所述单晶硅基底的厚度为180～220μm。
10.权利要求1～9任意一项所述近红外光敏晶体管的制备方法，包括以下步骤：
(1)将单晶硅基底表面的二氧化硅层进行刻蚀，得到单晶硅-二氧化硅复合材料；
(2)将石墨烯平铺于所述步骤(1)得到的单晶硅-二氧化硅复合材料中二氧化硅层的表面，得到单晶硅-二氧化硅-石墨烯复合材料；
(3)在所述步骤(2)得到的单晶硅-二氧化硅-石墨烯复合材料中石墨烯层的表面蒸镀电极对，得到石墨烯晶体管；
(4)在所述步骤(3)得到的石墨烯晶体管的电极对间的石墨烯层表面涂覆硒化铅量子点，得到近红外光敏晶体管。
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