CN108550593A - 一种基于复合结构的石墨烯-量子点双色光探测器及其制备方法 - Google Patents
一种基于复合结构的石墨烯-量子点双色光探测器及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108550593A CN108550593A CN201810254366.XA CN201810254366A CN108550593A CN 108550593 A CN108550593 A CN 108550593A CN 201810254366 A CN201810254366 A CN 201810254366A CN 108550593 A CN108550593 A CN 108550593A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- quantum dot
- graphene
- layer
- optical detector
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 title claims abstract description 113
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 43
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 16
- 238000010276 construction Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 80
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 78
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 34
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 16
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N manganese dioxide Chemical compound O=[Mn]=O NUJOXMJBOLGQSY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 8
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 claims description 7
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 5
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims description 5
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 claims description 4
- YBNMDCCMCLUHBL-UHFFFAOYSA-N (2,5-dioxopyrrolidin-1-yl) 4-pyren-1-ylbutanoate Chemical class C=1C=C(C2=C34)C=CC3=CC=CC4=CC=C2C=1CCCC(=O)ON1C(=O)CCC1=O YBNMDCCMCLUHBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 3
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 abstract description 18
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 6
- PLXMOAALOJOTIY-FPTXNFDTSA-N Aesculin Natural products OC[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H]1Oc2cc3C=CC(=O)Oc3cc2O PLXMOAALOJOTIY-FPTXNFDTSA-N 0.000 abstract description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 82
- 230000004044 response Effects 0.000 description 7
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 5
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 4
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 4
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 3
- -1 graphite carbon alkene Chemical class 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 206010020751 Hypersensitivity Diseases 0.000 description 2
- 208000026935 allergic disease Diseases 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 2
- 230000009610 hypersensitivity Effects 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 2
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005355 Hall effect Effects 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical group 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 238000009396 hybridization Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000001748 luminescence spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 150000002896 organic halogen compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 238000011896 sensitive detection Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
本发明属于光探测器技术领域，具体涉及一种基于复合结构的石墨烯‑量子点双色光探测器及其制备方法。针对现有的石墨烯‑量子点混合光探测器由于量子点对光的吸收波段的限制，导致了一个探测器只能检测波长为较窄范围内的光的缺陷，本发明的技术方案是：由下至上由金属衬底、绝缘层Ⅰ、石墨烯Ⅰ、量子点Ⅰ、介质层、石墨烯Ⅱ、量子点Ⅱ和绝缘层Ⅱ共八层层状结构构成，所述量子点Ⅰ两侧分别设置有两个电极Ⅰ，两个电极Ⅰ分别作为源电极和漏电极；所述量子点Ⅱ两侧分别设置有两个电极Ⅱ，两个电极Ⅱ分别作为源电极和漏电极；所述量子点Ⅰ和量子点Ⅱ分别采用两种量子点材料制作。本发明适用于多色光检测。
Description
技术领域
本发明属于光探测器技术领域，具体涉及一种基于复合结构的石墨烯-量子点双色光探测器及其制备方法。
背景技术
石墨烯(graphene)是由碳原子按六边形蜂窝状排列形成的单层二维平面晶体材料。自2004年英国物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫的团队用机械剥离法制备出室温存在的单层石墨烯以来，因其独特的结构和优异的机械、电学、热学及光学性能，其已逐渐成为研究的热点。它的原子层厚度仅有0.335nm，但它也同时是最坚硬的纳米材料。在室温就能观察到非常规的半整数量子霍尔效应。本征迁移率高达2×105cm2V-1s-1。石墨烯是一种半金属零带隙材料，可以通过破坏其对称性进行带隙调控。石墨烯在可见光区吸收率达2.3％，且与波长无关。
石墨烯光探测器大致分为金属石墨烯接触式光探测器，等离子体共振型光探测器，量子点石墨烯混合光探测器，石墨烯异质结型光探测器等等。2009年，Fengnian Xia，Thomas Mueller等人利用机械剥离的石墨烯做出了金属石墨烯接触式光探测器，也是第一个石墨烯光电探测器，它的出现引起了广泛的关注。不足是光响应只有0.5mA/W。2010年Echtermeyer研究了不同纳米结构对光电响应的影响，发现改变纳米结构尺寸可以调节不同波长的光吸收，从而基于石墨烯制备出等离子体共振型光探测器，可惜对光的吸收并不高。2012年，Gerasimos Konstantatos提出了将量子点和石墨烯混合，从而制备出量子点石墨烯混合光探测器，器件响应度很高，不过存在暗电流太大，响应速度慢，开关比低等缺点。石墨烯异质结对光有很好的响应度，而且是石墨烯本身对光的吸收，Chang Oh Kim团队于2013年做的石墨烯异质结实验表明，石墨烯异质结对600-1200nm波长的光有很强的吸收作用。
石墨烯-量子点混合探测器的原理：量子点与石墨烯接触后，在接触区域界面处形成内建电场，此内建电场限制了量子点内光生电子空穴的复合，延长了其内部光生载流子寿命(τlifetime)，促进了光电导增益。另外，沟道宽度的减小和偏置电压的增加都会减小τtransit，也能得到更高的光电导增益。但是，更高的光电导增益会导致更长的响应时间。光电导增益原理：
ΔI：光电流,η：光电转换效率,Popt：有效照射功率,τlifetime/τtransit：光电导增益系数。τlifetime：光照时，量子点内光生载流子的平均生存时间。G＝τlifetime/τtransit，表示单个光子入射时，在τlifetime时间内以一定运动速度(1/τtransit)由源极到达漏极的载流子数量。越长的τlifetime和越大的运动速度(1/τtransit)会得到更大的光电导增益。因此，量子点长的光生载流子寿命和石墨烯的高迁移率的两个优势使得器件能得到一个超高的光响应度。
在种类繁多的量子点中，基于钙钛矿结构的量子点以其优异的发光性能，如发光效率高和发光谱线窄，受到了人们极大的关注。钙钛矿晶体具有ABX3(X＝Cl，Br，I)结构，通常属于正交、四方或立方晶系。如今在组分繁多的钙钛矿中，金属有机卤化物CH3NH3PbX3(X＝Cl，Br，I)由于其吸收光谱能够涵盖比较宽的太阳光谱，而且电子和空穴迁移率较高，发光波长可以通过多种不同的方式调控，可以被用于制备能量转换效率高达20％的太阳电池。据F.Zhang等人的报道，CH3NH3PbX3量子点的可见－紫外吸收峰位是505nm，PL发光峰位是515nm，峰的半高宽是21nm(约96meV)。相比于CH3NH3PbX3体材料的发光峰位545nm，量子点的发光峰位蓝移了约30nm(约131meV)，体现了量子限域效应；而且，CH3NH3PbX3量子点的发光峰的半高宽很窄，表明量子点尺寸分布单一性很好。L.Protesescu等人于2015年1月发表了合成全无机CsPbX3(X＝Cl，Br，I)量子点的文章，量子点在室温下也有强烈的荧光效应，并且发光峰较窄(半高宽为12～42nm)，荧光量子效率很高(最高可达90％)，荧光寿命短(辐射复合寿命为1～29ns)。通过调控卤素的种类和比例，而且对于确定组分的量子点，通过改变合成温度而调节量子点的粒径尺寸，都可以达到调控荧光波长的目的。上述两类钙钛矿薄膜及其量子点已经在太阳电池、发光二极管、光探测器及激光上有所应用。
现有的石墨烯-量子点混合光探测器虽然器件响应度很高，实现了对微弱能量光子的探测，但是由于量子点对光的吸收波段的限制，导致了一个探测器只能检测波长为较小范围内的光。
发明内容
针对现有的石墨烯-量子点混合光探测器由于量子点对光的吸收波段的限制，导致了一个探测器只能检测波长为较窄范围内的光的缺陷，本发明提供一种基于复合结构的石墨烯-量子点双色光探测器，其目的在于：增加石墨烯-量子点混合光探测器的适用范围，使其能够对更加宽的波长范围内的光进行检测。
本发明的另一目的是提供一种上述基于复合结构的石墨烯-量子点双色光探测器的制备方法。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于复合结构的石墨烯-量子点双色光探测器，由下至上包括绝缘层Ⅰ、石墨烯Ⅰ和量子点Ⅰ，所述量子点Ⅰ两侧分别设置有两个电极Ⅰ，所述量子点Ⅰ上还依次设置有介质层、石墨烯Ⅱ、量子点Ⅱ和绝缘层Ⅱ，所述量子点Ⅱ两侧分别设置有两个电极Ⅱ，所述量子点Ⅰ和量子点Ⅱ分别采用两种量子点材料制作。
采用该技术方案后，石墨烯Ⅰ和量子点Ⅰ，以及石墨烯Ⅱ和量子点Ⅱ分别构成两组石墨烯-量子点混合光检测器。两组石墨烯-量子点混合光检测器由介质层隔开形成串联的层状结构，能够同时对光进行检测。量子点Ⅰ和量子点Ⅱ分别采用两种不同的量子点材料制作，使得两组石墨烯-量子点混合光检测器分别对两个不同的波段范围内的光具有很高的光响应度，这种设置使得光检测器能够对更加宽的波长范围内的光进行超高灵敏度探测，此结构为中远红外双色、多色高灵敏度探测器的实现提供了可靠保证。
应当特别说明的是，当某种量子点材料对某种波长的光的响应低到一定的程度后，则由这种量子点材料制作的石墨烯-量子点混合光检测器就无法对该波长的光进行检测。而在本发明中，当选用的两种量子点材料都对某波长的光具有低于能够进行检测的响应程度的时候，通过两种量子点材料的叠加，采用本发明的光检测器的结构是可能实现对该波长的光进行检测的。也即是说，使用上述技术方案，能够检测到的光的波段范围，比所选用的两组石墨烯-量子点混合光检测器单独使用时检测到的光的波段的组合的范围更宽。
优选的，绝缘层绝缘层Ⅰ下方还设置有用于施加栅极电压的金属衬底。
采用该优选方案后，金属衬底、绝缘层Ⅰ、石墨烯Ⅰ和电极Ⅰ构成场效应晶体管结构，石墨烯Ⅰ的费米能级受到金属衬底上的栅极电压的影响，因而改变栅极电压能够调节石墨烯Ⅰ表面载流子浓度，进而能够实现降低器件的暗电流，提高器件的信噪比。
此外，金属衬底、绝缘层Ⅰ和石墨烯Ⅰ作为微腔结构的谐振腔，光在绝缘层Ⅰ之间多次反射，大大提高了入射光的利用率。
优选的，绝缘层Ⅰ、绝缘层Ⅱ和介质层的制作材料为SiO2、Si3N4、MnO2、MgO或Al2O3中的一种。
优选的，绝缘层Ⅰ和绝缘层Ⅱ的厚度为100-1000nm，所述介质层的厚度为1-500nm。
采用上述优选方案，绝缘层Ⅰ、绝缘层Ⅱ和介质层的材料和厚度可根据对光的透过率和对介电常数的要求来选择。
优选的，量子点Ⅰ和量子点Ⅱ的制作材料分别为FAPbBr3、MAPbI3、CuInS2/ZnS、CsPbBr3、黑磷量子点、PbS量子点、GaP量子点和PbSe量子点中的一种。
一种上述基于复合结构的石墨烯-量子点双色光探测器的制备方法，包括如下步骤：
[a]以金属衬底为基底，生长一层绝缘层Ⅰ；
[b]在绝缘层Ⅰ表面转移一层石墨烯，得到石墨烯Ⅰ；
[c]在石墨烯Ⅰ表面沉积一层金属层，然后用光刻使石墨烯Ⅰ中部裸露，从而制作出两个电极Ⅰ；
[d]经过步骤[c]的处理后，用旋涂的方法在裸露的石墨烯Ⅰ表面旋涂一层用于制备量子点Ⅰ的材料的溶液，干燥后得到量子点Ⅰ；
[e]经过步骤[d]的处理后，在电极Ⅰ和量子点Ⅰ的表面上生长一层介质层；
[f]在介质层表面转移一层石墨烯，得到石墨烯Ⅱ；
[g]在石墨烯Ⅱ表面沉积一层金属层，然后用光刻使石墨烯Ⅱ中部裸露，从而制作出两个电极Ⅱ；
[h]经过步骤[g]的处理后，用旋涂的方法在裸露的石墨烯Ⅱ表面旋涂一层用于制备量子点Ⅱ的材料的溶液，干燥后得到量子点Ⅱ；
[i]经过步骤[h]的处理后，在电极Ⅱ和量子点Ⅱ的表面上生长一层绝缘层Ⅱ，完成器件的封装。
通过本方法能够制备得到对焦宽的波长范围内的光具有很高的光响应度的光探测器。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1.两组石墨烯-量子点混合光检测器分别对两个不同的波段范围内的光具有很高的光响应度，这种设置使得光检测器能够对更加宽的波长范围内的光进行超高灵敏度探测，此结构为中远红外双色、多色高灵敏度探测器的实现提供了可靠保证。
2.金属衬底、绝缘层Ⅰ、石墨烯Ⅰ和电极Ⅰ构成场效应晶体管结构，石墨烯Ⅰ的费米能级受到金属衬底上的栅极电压的影响，因而改变栅极电压能够调节石墨烯Ⅰ表面载流子浓度，进而能够实现降低器件的暗电流，提高器件的信噪比。
3.金属衬底、绝缘层Ⅰ和石墨烯Ⅰ作为微腔结构的谐振腔，光在绝缘层Ⅰ之间多次反射，大大提高了入射光的利用率。
4.和传统石墨烯光探测器相比，大幅提高了器件的响应度，实现了对微弱能量光子的探测能力。
5.绝缘层Ⅰ、绝缘层Ⅱ和介质层的材料和厚度可根据对光的透过率和对介电常数的要求来选择。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明的主视图；
图2是本发明的俯视图；
图3是本发明实施例1中FAPbBr3QDs-石墨烯混合光探测器对不同波长的光的响应度情况；
图4是本发明实施例1中CuInS2/ZnS QDs-石墨烯混合光探测器对不同波长的光的响应度情况。
其中，图1和图2中：1-金属衬底，2-绝缘层Ⅰ，3-石墨烯Ⅰ，4-电极Ⅰ，5-量子点Ⅰ，6-介质层，7-石墨烯Ⅱ，8-电极Ⅱ，9-量子点Ⅱ，10-绝缘层Ⅱ。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
一种基于复合结构的石墨烯-量子点双色光探测器，由下至上包括绝缘层Ⅰ2、石墨烯Ⅰ3和量子点Ⅰ5，所述量子点Ⅰ5两侧分别设置有两个电极Ⅰ4，所述量子点Ⅰ5上还依次设置有介质层6、石墨烯Ⅱ7、量子点Ⅱ9和绝缘层Ⅱ10，所述量子点Ⅱ9两侧分别设置有两个电极Ⅱ8，所述量子点Ⅰ5和量子点Ⅱ9分别采用两种量子点材料制作。
优选的，绝缘层绝缘层Ⅰ2下方还设置有用于施加栅极电压的金属衬底1。
优选的，绝缘层Ⅰ2、绝缘层Ⅱ10和介质层6的制作材料为SiO2、Si3N4、MnO2、MgO或Al2O3中的一种。
优选的，绝缘层Ⅰ2和绝缘层Ⅱ10的厚度为100-1000nm，所述介质层6的厚度为1-500nm。
优选的，量子点Ⅰ和量子点Ⅱ的制作材料分别为FAPbBr3、MAPbI3、CuInS2/ZnS、CsPbBr3、黑磷量子点、PbS量子点、GaP量子点和PbSe量子点中的一种。
一种上述基于复合结构的石墨烯-量子点双色光探测器的制备方法，包括如下步骤：
[a]以金属衬底1为基底，生长一层绝缘层Ⅰ2；
[b]在绝缘层Ⅰ2表面转移一层石墨烯，得到石墨烯Ⅰ3；
[c]在石墨烯Ⅰ3表面沉积一层金属层，然后用光刻使石墨烯Ⅰ3中部裸露，从而制作出两个电极Ⅰ4；
[d]经过步骤[c]的处理后，用旋涂的方法在裸露的石墨烯Ⅰ3表面旋涂一层用于制备量子点Ⅰ5的材料的溶液，干燥后得到量子点Ⅰ5；
[e]经过步骤[d]的处理后，在电极Ⅰ4和量子点Ⅰ5的表面上生长一层介质层6；
[f]在介质层6表面转移一层石墨烯，得到石墨烯Ⅱ7；
[g]在石墨烯Ⅱ7表面沉积一层金属层，然后用光刻使石墨烯Ⅱ7中部裸露，从而制作出两个电极Ⅱ8；
[h]经过步骤[g]的处理后，用旋涂的方法在裸露的石墨烯Ⅱ7表面旋涂一层用于制备量子点Ⅱ9的材料的溶液，干燥后得到量子点Ⅱ9；
[i]经过步骤[h]的处理后，在电极Ⅱ8和量子点Ⅱ9的表面上生长一层绝缘层Ⅱ10，完成器件的封装。
下面结合图1至图4对本发明作详细说明。
实施例1
本实施例中，量子点Ⅰ5的材料为有机-无机杂化钙钛矿FAPbBr3QDs，FAPbBr3QDs-石墨烯混合光探测器对不同波长的光的响应情况如图3所示。这种量子点材料制作的石墨烯-量子点混合光探测器能够检测波长为400-550nm范围内的光。量子点Ⅱ9的材料为CuInS2/ZnS QDs，CuInS2/ZnS QDs-石墨烯混合光探测器对不同波长的光的响应情况如图4所示。这种量子点材料制作的石墨烯-量子点混合光探测器能够检测波长为625-675nm范围内的光。可见两种光检测器具有最强响应的光的波长不同，而两种光检测器对550-625nm范围内的光灵敏度均较低，无法实现检测。而两种光检测器串联后，对400-675nm范围内的光均能够实现高灵敏度的检测。因而本实施例能够克服单一一种光检测器检测波段窄或部分波段光响应率低的缺点。
本实施例的具体制备方法如下：
[a]以Cu作为金属衬底1，在金属衬底1上生长一层绝缘层Ⅰ2，绝缘层Ⅰ2厚度100-1000nm，绝缘层Ⅰ2的材料可选择SiO2、Si3N4、MnO2、MgO或Al2O3中的一种；
[b]在绝缘层Ⅰ2表面转移一层单层石墨烯，得到石墨烯Ⅰ3；
[c]在石墨烯Ⅰ3表面沉积一层Au，然后用光刻使石墨烯Ⅰ3中部裸露，从而制作出两个电极Ⅰ4，两个电极Ⅰ4分别作为源电极和漏电极；
[d]经过步骤[c]的处理后，用旋涂的方法在裸露的石墨烯Ⅰ3表面旋涂一层有机-无机杂化钙钛矿FAPbBr3QDs的甲苯溶液，干燥后得到FAPbBr3QDs组成的量子点Ⅰ5；
[e]经过步骤[d]的处理后，在电极Ⅰ4和量子点Ⅰ5的表面上生长一层生长一层厚度在1nm～500nm的Al2O3作为介质层6；
[f]在介质层6表面转移一层单层石墨烯，得到石墨烯Ⅱ7；
[g]在石墨烯Ⅱ7表面沉积一层Au，然后用光刻使石墨烯Ⅱ7中部裸露，从而制作出两个电极Ⅱ8，两个电极Ⅱ7分别作为源电极和漏电极；
[h]经过步骤[g]的处理后，用旋涂的方法在裸露的石墨烯Ⅱ7表面旋涂一层CuInS2/ZnS QDs的甲苯溶液，干燥后得到CuInS2/ZnS QDs组成的量子点Ⅱ9；
[i]经过步骤[h]的处理后，在电极Ⅱ8和量子点Ⅱ9的表面上生长一层绝缘层Ⅱ10，绝缘层Ⅱ10厚度100-1000nm，绝缘层Ⅱ10的材料可选择SiO2、Si3N4、MnO2、MgO或Al2O3中的一种。该步骤完成后即完成器件的封装。
以上所述实施例仅表达了本申请的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术方案构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于复合结构的石墨烯-量子点双色光探测器，由下至上包括绝缘层Ⅰ(2)、石墨烯Ⅰ(3)和量子点Ⅰ(5)，所述量子点Ⅰ(5)两侧分别设置有两个电极Ⅰ(4)，其特征在于：所述量子点Ⅰ(5)上还依次设置有介质层(6)、石墨烯Ⅱ(7)、量子点Ⅱ(9)和绝缘层Ⅱ(10)，所述量子点Ⅱ(9)两侧分别设置有两个电极Ⅱ(8)，所述量子点Ⅰ(5)和量子点Ⅱ(9)分别采用两种量子点材料制作。
2.按照权利要求1所述的一种基于复合结构的石墨烯-量子点双色光探测器，其特征在于：所述绝缘层绝缘层Ⅰ(2)下方还设置有用于施加栅极电压的金属衬底(1)。
3.按照权利要求1所述的一种基于复合结构的石墨烯-量子点双色光探测器，其特征在于：所述绝缘层Ⅰ(2)、绝缘层Ⅱ(10)和介质层(6)的制作材料为SiO2、Si3N4、MnO2、MgO或Al2O3中的一种。
4.按照权利要求1至3任一项所述的一种基于复合结构的石墨烯-量子点双色光探测器，其特征在于：所述绝缘层Ⅰ(2)和绝缘层Ⅱ(10)的厚度为100-1000nm，所述介质层(6)的厚度为1-500nm。
5.按照权利要求1所述的一种基于复合结构的石墨烯-量子点双色光探测器，其特征在于：所述量子点Ⅰ(5)和量子点Ⅱ(9)的制作材料分别为FAPbBr3、MAPbI3、CuInS2/ZnS、CsPbBr3、黑磷量子点、PbS量子点、GaP量子点和PbSe量子点中的一种。
6.一种按照权利要求1所述的基于复合结构的石墨烯-量子点双色光探测器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
[a]以金属衬底为基底，生长一层绝缘层Ⅰ；
[b]在绝缘层Ⅰ表面转移一层石墨烯，得到石墨烯Ⅰ；
[c]在石墨烯Ⅰ表面沉积一层金属层，然后用光刻使石墨烯Ⅰ中部裸露，从而制作出两个电极Ⅰ；
[d]经过步骤[c]的处理后，用旋涂的方法在裸露的石墨烯Ⅰ表面旋涂一层用于制备量子点Ⅰ的材料的溶液，干燥后得到量子点Ⅰ；
[e]经过步骤[d]的处理后，在电极Ⅰ和量子点Ⅰ的表面上生长一层介质层；
[f]在介质层表面转移一层石墨烯，得到石墨烯Ⅱ；
[g]在石墨烯Ⅱ表面沉积一层金属层，然后用光刻使石墨烯Ⅱ中部裸露，从而制作出两个电极Ⅱ；
[h]经过步骤[g]的处理后，用旋涂的方法在裸露的石墨烯Ⅱ表面旋涂一层用于制备量子点Ⅱ的材料的溶液，干燥后得到量子点Ⅱ；
[i]经过步骤[h]的处理后，在电极Ⅱ和量子点Ⅱ的表面上生长一层绝缘层Ⅱ，完成器件的封装。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810254366.XA CN108550593B (zh) | 2018-03-26 | 2018-03-26 | 一种基于复合结构的石墨烯-量子点双色光探测器及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810254366.XA CN108550593B (zh) | 2018-03-26 | 2018-03-26 | 一种基于复合结构的石墨烯-量子点双色光探测器及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108550593A true CN108550593A (zh) | 2018-09-18 |
| CN108550593B CN108550593B (zh) | 2021-04-27 |
Family
ID=63517124
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810254366.XA Active CN108550593B (zh) | 2018-03-26 | 2018-03-26 | 一种基于复合结构的石墨烯-量子点双色光探测器及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108550593B (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112086529A (zh) * | 2020-08-24 | 2020-12-15 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种多色柔性光电探测器及其制备方法 |
| CN112608741A (zh) * | 2020-12-15 | 2021-04-06 | 广东省科学院半导体研究所 | 量子点发光场效应晶体管、其制备方法及显示面板 |
| CN113122236A (zh) * | 2020-01-16 | 2021-07-16 | 北京大学 | 一种增强二维材料的偶数阶高次谐波的方法 |
| CN113984216A (zh) * | 2021-10-26 | 2022-01-28 | 北京理工大学 | 红外-多色上转化成像焦平面器件及其制备方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102569570A (zh) * | 2012-01-04 | 2012-07-11 | 天津理工大学 | 一种近红外无机量子点电致发光器件及制备方法 |
| CN103633183A (zh) * | 2013-11-18 | 2014-03-12 | 西安电子科技大学 | 一种石墨烯中远红外探测器及其制备方法 |
| US20170089012A1 (en) * | 2015-09-24 | 2017-03-30 | Piotr Nawrocki | Security element against counterfeiting security printing, especially banknotes |
| CN106745189A (zh) * | 2016-11-30 | 2017-05-31 | 浙江理工大学 | 一种ZnO量子点/氧化石墨烯复合型材料制备方法 |
| CN106952981A (zh) * | 2017-03-22 | 2017-07-14 | 电子科技大学 | 一种基于石墨烯的宽波段探测器结构及其制作方法 |
| CN107017312A (zh) * | 2015-09-17 | 2017-08-04 | 三星电子株式会社 | 光电器件和包括该光电器件的电子装置 |
-
2018
- 2018-03-26 CN CN201810254366.XA patent/CN108550593B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102569570A (zh) * | 2012-01-04 | 2012-07-11 | 天津理工大学 | 一种近红外无机量子点电致发光器件及制备方法 |
| CN103633183A (zh) * | 2013-11-18 | 2014-03-12 | 西安电子科技大学 | 一种石墨烯中远红外探测器及其制备方法 |
| CN107017312A (zh) * | 2015-09-17 | 2017-08-04 | 三星电子株式会社 | 光电器件和包括该光电器件的电子装置 |
| US20170089012A1 (en) * | 2015-09-24 | 2017-03-30 | Piotr Nawrocki | Security element against counterfeiting security printing, especially banknotes |
| CN106745189A (zh) * | 2016-11-30 | 2017-05-31 | 浙江理工大学 | 一种ZnO量子点/氧化石墨烯复合型材料制备方法 |
| CN106952981A (zh) * | 2017-03-22 | 2017-07-14 | 电子科技大学 | 一种基于石墨烯的宽波段探测器结构及其制作方法 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113122236A (zh) * | 2020-01-16 | 2021-07-16 | 北京大学 | 一种增强二维材料的偶数阶高次谐波的方法 |
| CN113122236B (zh) * | 2020-01-16 | 2022-04-26 | 北京大学 | 一种增强二维材料的偶数阶高次谐波的方法 |
| CN112086529A (zh) * | 2020-08-24 | 2020-12-15 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种多色柔性光电探测器及其制备方法 |
| CN112608741A (zh) * | 2020-12-15 | 2021-04-06 | 广东省科学院半导体研究所 | 量子点发光场效应晶体管、其制备方法及显示面板 |
| CN113984216A (zh) * | 2021-10-26 | 2022-01-28 | 北京理工大学 | 红外-多色上转化成像焦平面器件及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108550593B (zh) | 2021-04-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Peng et al. | Low‐dimensional nanostructure ultraviolet photodetectors | |
| Sun et al. | Plasmonic-enhanced perovskite–graphene hybrid photodetectors | |
| Inamdar et al. | ZnO based visible–blind UV photodetector by spray pyrolysis | |
| CN108550593A (zh) | 一种基于复合结构的石墨烯-量子点双色光探测器及其制备方法 | |
| Liu et al. | High-performance ultraviolet photodetector based on graphene quantum dots decorated ZnO nanorods/GaN film isotype heterojunctions | |
| Makino et al. | Enhancement in emission efficiency of diamond deep-ultraviolet light emitting diode | |
| Dao et al. | Chemically synthesized nanowire TiO2/ZnO core-shell pn junction array for high sensitivity ultraviolet photodetector | |
| CN110047957B (zh) | 一种中红外光探测器及其制备方法 | |
| CN106449854B (zh) | 全耗尽铁电侧栅单根纳米线近红外光电探测器及制备方法 | |
| Saghaei et al. | Vapor treatment as a new method for photocurrent enhancement of UV photodetectors based on ZnO nanorods | |
| CN105702776B (zh) | 一种自驱动光探测器及其制作方法 | |
| US11653555B2 (en) | Methods and apparatuses for fabricating perovskite-based devices on cost-effective flexible conductive substrates | |
| TWI705577B (zh) | 二維電子元件與相關製造方法 | |
| Vashishtha et al. | GaN-djoser pyramidal self powered UV photodetector for optical signal detection in rugged environments | |
| Cao et al. | Enhanced self-powered UV sensing performance of ZnO/Au/Al 2 O 3 photodetector with the decoration of Au nanoparticles | |
| CN103311439B (zh) | 薄膜光电导探测器及其制备方法与应用 | |
| Yatskiv et al. | Graphite/ZnO nanorods junction for ultraviolet photodetectors | |
| Mohammadi et al. | High performance n-ZnO/p-metal-oxides UV detector grown in low-temperature aqueous solution bath | |
| Shi et al. | A silicon-based PbSe quantum dot near-infrared photodetector with spectral selectivity | |
| Fei et al. | Improved responsivity of MgZnO film ultraviolet photodetectors modified with vertical arrays ZnO nanowires by light trapping effect | |
| Saleem et al. | Self-powered, all-solution processed, trilayer heterojunction perovskite-based photodetectors | |
| CN110416333B (zh) | 一种紫外光电探测器及其制备方法 | |
| Kadir et al. | Ultraviolet Photodetector Based on Poly (3, 4-Ethylenedioxyselenophene)/ZnO Core–Shell Nanorods pn Heterojunction | |
| Gwozdz et al. | Deep traps in the ZnO nanorods/Si solar cells | |
| CN111211186A (zh) | 一种提高光电探测性能的MoS2光电晶体管及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |