CN114583003B - 基于硅/石墨烯纳米膜/锗的垂直光电探测器及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于硅/石墨烯纳米膜/锗的垂直光电探测器及制备方法，该光电探测器包括单晶锗衬底、氧化铝介质层、二氧化硅氧化层、石墨烯纳米膜、金属电极和SOI顶硅。本发明在石墨烯/锗近红外光电探测器优异性能的基础上，使用厚度可调的石墨烯纳米膜，增加了器件的光吸收及响应波段，在石墨烯纳米膜上垂直堆叠微米级尺度SOI顶硅，形成SOI顶硅/石墨烯纳米膜以及石墨烯纳米膜/单晶锗衬底两个肖特基结，在SOI顶硅和锗上施加两种不同方向偏压的条件下，既能实现对可见光的高响应度探测，又能实现对近红外、中红外光的宽光谱有效探测，将多/宽光谱探测功能集于单个器件，大大缩小了探测器的尺寸，提高了传统硅基器件能效极限。
Description
技术领域
本发明涉及光电探测器领域，具体涉及一种基于硅/石墨烯纳米膜/锗的垂直光电探测器及制备方法。
背景技术
在探测技术中，探测器就是“火眼金睛”，是人们探索未知世界的重要工具。光电探测器这种必不可缺的技术手段的发展和应用，推动着科学技术的发展和人类世界的进步。光电探测的原理是将光信号转变为电信号，基于传统材料的光电探测器，如硅、锗、碲镉汞、铟镓砷等，已经被广泛地应用于军事国防、国民生活中，且基于硅材料的CMOS工艺已经发展得相当成熟。但由于带隙的限制，硅/锗基探测器仅能实现近红外波段的探测，碲镉汞基探测器需要工作于低温条件下，因此大大限制了目前器件的响应波段范围和量子效率。将传统材料和新兴的二维材料相结合是一种比较好的方式，一方面拓宽了传统材料的能效极限，另一方面也为二维材料的发展提供了应用场景。石墨烯因其优异的光学和电学性能，在光电探测器领域的研究中脱颖而出，但单层石墨烯较低的光吸收率（2.3%），使得石墨烯器件的响应度较低。因此，如何将传统材料和二维材料相结合，制备高响应度、宽光谱、高速的室温光电探测器是目前研究的重点。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于硅/石墨烯纳米膜/锗的垂直光电探测器及制备方法，该光电探测器能够有效探测可见光至中红外光波段，整体器件具有高光吸收、高探测率、高量子效率、室温工作能力等优点。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
根据本说明书的第一方面，提供一种基于硅/石墨烯纳米膜/锗的垂直光电探测器，包括单晶锗衬底、氧化铝介质层、二氧化硅氧化层、石墨烯纳米膜、金属电极以及SOI顶硅，其中所述单晶锗衬底上生长氧化铝介质层，所述氧化铝介质层上生长二氧化硅氧化层，所述二氧化硅氧化层上开有贯穿至所述氧化铝介质层的锗窗口；所述锗窗口上覆盖条带状的石墨烯纳米膜，所述石墨烯纳米膜的两端引出两个生长在所述二氧化硅氧化层上的金属电极，并形成欧姆接触；所述石墨烯纳米膜上覆盖条带状的SOI顶硅，所述SOI顶硅的两端引出两个生长在所述二氧化硅氧化层上的金属电极，并形成欧姆接触；所述单晶锗衬底背面设置金属背电极，并形成欧姆接触；所述SOI顶硅、石墨烯纳米膜和单晶锗衬底的交叠区域形成SOI顶硅/石墨烯纳米膜肖特基结，以及石墨烯纳米膜/单晶锗衬底肖特基结，肖特基结产生的信号通过四个金属电极及一个金属背电极引出。
进一步地，所述SOI顶硅的厚度为1 - 2 μm，所述石墨烯纳米膜的厚度为20 - 50nm，所述二氧化硅氧化层的厚度为100 - 300 nm，所述氧化铝介质层的厚度为1 - 3 nm，所述金属电极的厚度为60 - 100 nm。
进一步地，所述氧化铝介质层是在清洗干净单晶锗衬底上表面态后生长的。
进一步地，所述石墨烯纳米膜为氧化石墨烯经还原后在温度2000℃以上烧结得到的高结晶度、低缺陷度薄膜。
进一步地，当通过与SOI顶硅连接的金属电极和与单晶锗衬底连接的金属背电极施加不同方向的偏压时，所述交叠区域形成的SOI顶硅/石墨烯纳米膜以及石墨烯纳米膜/单晶锗衬底两个肖特基结处于相反的偏置状态，使得石墨烯纳米膜中光生电子和空穴分别有效分离至SOI顶硅和单晶锗衬底中，避免载流子的复合，提高量子效率。
当继续通过与石墨烯纳米膜连接的金属电极施加不同方向和大小的偏压时，可调节石墨烯纳米膜的费米能级，从而改变两个肖特基结的势垒高度，使得不同能量的光生载流子能够越过势垒，实现从可见光至中红外光范围的宽光谱探测。
根据本说明书的第二方面，提供一种上述基于硅/石墨烯纳米膜/锗的垂直光电探测器的制备方法，包括以下步骤：
S1：将单晶锗衬底进行表面态清洗，清洗后立即在表面生长氧化铝介质层；
S2：在氧化铝介质层上生长二氧化硅氧化层；
S3：在二氧化硅氧化层上光刻显影锗窗口图案，刻蚀锗窗口内的二氧化硅，得到能够与石墨烯纳米膜形成肖特基结的锗窗口；
S4：在二氧化硅氧化层上光刻显影四个金属电极图案，生长金属层，剥离除四个金属电极图案外的金属层，洗去光刻胶，得到四个金属电极；
S5：在阳极氧化铝基底上抽滤得到氧化石墨烯薄膜，化学还原氧化石墨烯薄膜，将还原后的氧化石墨烯薄膜从阳极氧化铝基底上剥离，经过2000℃以上高温烧结后得到石墨烯纳米膜；
S6：转移条带状的石墨烯纳米膜至锗窗口处，并使石墨烯纳米膜与两个相对的金属电极形成欧姆接触，对此刻形成的器件进行退火处理；
S7：转移条带状的SOI顶硅至锗窗口处，与石墨烯纳米膜相交叠，并使SOI顶硅与其余两个相对的金属电极形成欧姆接触；
S8：在单晶锗衬底背面设置金属背电极，并形成欧姆接触，对此刻形成的器件进行退火处理，得到垂直光电探测器。
进一步地，步骤S1中，所述单晶锗衬底用去离子水、质量分数为5 %的稀氢氟酸溶液、质量分数为5 %的稀盐酸溶液、丙酮、异丙醇进行表面态清洗处理后，立即放入原子层沉积设备内进行氧化铝介质层的生长，避免了锗表面氧化层的再生长。
进一步地，步骤S5中，在阳极氧化铝基底上抽滤得到20 - 50 nm厚度的氧化石墨烯薄膜，用氢碘酸化学还原氧化石墨烯薄膜，将樟脑均匀铺设于还原后的氧化石墨烯薄膜表面，加热融化，冷却凝固，室温升华，剥离得到还原后的氧化石墨烯薄膜，以30 ℃/min以下的升温速率，将剥离得到的薄膜升温至2000 ℃以上，并保持1 - 16 h，最终得到缺陷至0.3%以下的石墨烯纳米膜。
进一步地，步骤S6中，将石墨烯纳米膜转移至锗窗口处后，使用乙醇浸润石墨烯纳米膜，利用乙醇的表面张力去除石墨烯纳米膜的褶皱，最后用氮气吹扫界面使石墨烯纳米膜与锗窗口紧密贴合。
进一步地，步骤S7中，所述SOI顶硅通过表面具有可伸缩金字塔微结构的PDMS印章从SOI上刻蚀剥离而得，通过转印的方式转移至石墨烯纳米膜的表面，并与两个相对的金属电极形成欧姆接触。
进一步地，步骤S6和步骤S8中，退火环境为氮气氛围，退火温度为500 ℃，持续时间为5 - 10 min。
本发明的有益效果如下：本发明用抽滤的方法制备薄膜，保证了薄膜的均匀性以及器件的稳定性；通过控制烧结工艺，制备极低缺陷的高质量石墨烯纳米膜，避免载流子在缺陷处复合；制备的石墨烯纳米膜厚度为几十纳米，光吸收率相比单层石墨烯提高约20倍，进而提高了器件光响应；在石墨烯纳米膜上面增加一层SOI顶硅，可减少石墨烯纳米膜表面光的反射，进一步增加器件对光的吸收，实现量子效率在量级上的提升。石墨烯纳米膜与上下贴合的SOI顶硅和单晶锗衬底分别形成肖特基结，通过四个金属电极和一个金属背电极施加不同方向和大小的电压，可以实现光生载流子的有效分离，避免复合，进一步提高器件量子效率；SOI顶硅/石墨烯纳米膜和石墨烯纳米膜/单晶锗衬底两个肖特基结以及石墨烯纳米膜本身都使得该器件从可见光到中红外光都有较高的响应度。
附图说明
图1为一示例性实施例提供的基于硅/石墨烯纳米膜/锗的垂直光电探测器三维透视图；
图2为一示例性实施例提供的基于硅/石墨烯纳米膜/锗的垂直光电探测器截面图；
图3为一示例性实施例提供的基于硅/石墨烯纳米膜/锗的垂直光电探测器制备方法的工艺流程图；
图中：1、单晶锗基底；2、金属电极；3、石墨烯纳米膜；4、SOI顶硅；5、SOI顶硅/石墨烯纳米膜/单晶锗衬底交叠区域；6、氧化铝介质层；7、二氧化硅氧化层；8、金属背电极。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和图2所示，本发明提供一种基于硅/石墨烯纳米膜/锗的垂直光电探测器，包括单晶锗衬底1，所述单晶锗衬底1上生长氧化铝介质层6，所述氧化铝介质层6上生长二氧化硅氧化层7，所述二氧化硅氧化层7上开有贯穿至所述氧化铝介质层6的锗窗口；所述锗窗口上覆盖条带状的石墨烯纳米膜3，所述石墨烯纳米膜3的两端引出两个生长在所述二氧化硅氧化层7上的金属电极2，并形成欧姆接触；所述石墨烯纳米膜3上覆盖条带状的SOI顶硅4，所述SOI顶硅4的两端引出两个生长在所述二氧化硅氧化层7上的金属电极2，并形成欧姆接触；所述单晶锗衬底1背面设置金属背电极8，并形成欧姆接触；SOI顶硅/石墨烯纳米膜/单晶锗衬底交叠区域5形成SOI顶硅/石墨烯纳米膜肖特基结，以及石墨烯纳米膜/单晶锗衬底肖特基结，肖特基结产生的信号通过四个金属电极2及一个金属背电极8引出。
在一个实施例中，所述SOI顶硅4的厚度为1 - 2 μm，所述石墨烯纳米膜3的厚度为20 - 50 nm，所述二氧化硅氧化层7的厚度为100 - 300 nm，所述氧化铝介质层6的厚度为1- 3 nm，所述金属电极2的厚度为60 - 100 nm。
如图3所示，本发明还提供一种基于硅/石墨烯纳米膜/锗的垂直光电探测器的制备方法，包括以下步骤：
S1：将单晶锗衬底进行表面态清洗，清洗后立即在表面生长氧化铝介质层；
S2：在氧化铝介质层上生长二氧化硅氧化层；
S3：在二氧化硅氧化层上光刻显影锗窗口图案，刻蚀锗窗口内的二氧化硅，得到能够与石墨烯纳米膜形成肖特基结的锗窗口；
S4：在二氧化硅氧化层上光刻显影四个金属电极图案，生长金属层，剥离除四个金属电极图案外的金属层，洗去光刻胶，得到四个金属电极；
S5：在阳极氧化铝基底上抽滤得到氧化石墨烯薄膜，化学还原氧化石墨烯薄膜，将还原后的氧化石墨烯薄膜从阳极氧化铝基底上剥离，经过2000℃以上高温烧结后得到石墨烯纳米膜；
S6：转移条带状的石墨烯纳米膜至锗窗口处，并使石墨烯纳米膜与两个相对的金属电极形成欧姆接触，对此刻形成的器件进行退火处理；
S7：转移条带状的SOI顶硅至锗窗口处，与石墨烯纳米膜相交叠，并使SOI顶硅与其余两个相对的金属电极形成欧姆接触；
S8：在单晶锗衬底背面设置金属背电极，并形成欧姆接触，对此刻形成的器件进行退火处理，得到垂直光电探测器。
在一个实施例中，制备厚度为20 - 50 nm的石墨烯纳米膜的过程如下：
S1：选择平均尺寸为100 μm的氧化石墨烯片层，加入去离子水，将其稀释到4 g/L，并将稀释后的溶液置于以阳极氧化铝膜为基底的抽滤瓶中，在室温下抽滤2 - 6 h，直到抽干一定浓度的氧化石墨烯溶液，真空抽滤，得到附着在阳极氧化铝基底上的纳米厚度氧化石墨烯薄膜；
S2：将抽干的氧化石墨烯薄膜连同阳极氧化铝基底一起取下，贴于四氟罐内壁，并加入6滴氢碘酸，密封放于60 ℃油浴锅中加热4 h，得到还原氧化石墨烯薄膜/阳极氧化铝基底；
S3：在广口瓶中放入樟脑（约为50 -100 mg），将还原氧化石墨烯薄膜/阳极氧化铝基底倒扣在瓶中，有还原氧化石墨烯薄膜的一面与樟脑相对，然后将瓶子加热到200 ℃，樟脑遇热升华，在相对较冷的还原氧化石墨烯薄膜上凝华沉积，一段时间后将冷却的樟脑/还原氧化石墨烯薄膜/阳极氧化铝基底取出，置于空气中，樟脑/还原氧化石墨烯薄膜会与阳极氧化铝基底分离；
S4：将分离后的樟脑/还原氧化石墨烯薄膜加热到60 ℃，使樟脑慢慢挥发，待樟脑挥发完之后即得到独立自支撑的还原氧化石墨烯薄膜；
S5：将还原氧化石墨烯薄膜置于石墨盒中，放在氩气气氛保护的高温石墨炉中，2000 ℃以上的温度加热 1 h（升温速率 20 ℃/min），使还原氧化石墨烯薄膜在高温下加热还原，并修复其中缺陷，得到独立自支撑的石墨烯纳米膜。
在一个实施例中，单晶锗衬底用去离子水、质量分数为5 %的稀氢氟酸溶液、质量分数为5 %的稀盐酸溶液、丙酮、异丙醇进行表面态清洗处理后，立即放入原子层沉积设备内进行氧化铝介质层的生长，避免了锗表面氧化层的再生长。
在一个实施例中，将石墨烯纳米膜转移至锗窗口处后，使用乙醇浸润石墨烯纳米膜，利用乙醇的表面张力去除石墨烯纳米膜的褶皱，最后用氮气吹扫界面使石墨烯纳米膜与锗窗口紧密贴合。
在一个实施例中，SOI顶硅通过表面具有可伸缩金字塔微结构的PDMS印章从SOI上刻蚀剥离而得，通过转印的方式转移至石墨烯纳米膜的表面，并与两个相对的金属电极形成欧姆接触。
在另一个实施例中，基于硅/石墨烯纳米膜/锗的垂直光电探测器的制备方法，包括以下步骤：
S1：购买厚度为400 μm的2英寸n型轻掺锗片，电阻率为1 - 10 Ω∙cm，锗片单面抛光，接下来的处理是在抛光面上进行的。用去离子水浸泡24 h，完全洗去表面的自然氧化层，捞起吹干之后放入质量分数5%的稀氢氟酸溶液中，洗去自然氧化层的残留，之后再放入质量分数5%的稀盐酸溶液中，清洗衬底表面的金属离子，最后放入丙酮和异丙醇中超声清洗，去除衬底表面的有机粒子；
S2：衬底清洗完成之后，立马放入原子层沉积设备的真空腔室中，避免衬底长时间与空气接触，随后生长2 nm厚的氧化铝介质层（原子层沉积设备循环生长 20次，每一个循环生长厚度为0.11 nm）；
S3：生长完氧化铝介质层之后，需要再生长一层二氧化硅氧化层作为电极和衬底之间的绝缘层，使用等离子体增强化学气相沉积法进行二氧化硅氧化层的生长，厚度为300nm；
S4：用5350光刻正胶，旋涂工艺参数为：500 rpm预旋涂10 s，4000 rpm旋涂60 s，形成大约1 μm厚的光刻胶覆盖层，放在加热板上105 ℃加热5 min。使用光刻机对匀好光刻胶的硅片进行光刻，光刻机光源为365 nm直流汞灯，曝光时间为3 s，曝光完成后将硅片放入显影液约30 s，捞出用去离子水清洗、氮气吹干即得到2 × 2 mm的锗窗口图案，放在加热板上110 ℃后烘5 min以提高光刻胶抗刻蚀能力。用BOE刻蚀液（配比为NH4F: HF: H2O =60 g: 30 ml: 100 ml）刻蚀窗口内的二氧化硅，持续时间200 s，捞出器件用去离子水清洗，氮气吹干表面即得到可以与石墨烯纳米膜形成肖特基结的锗窗口；
S5：光刻显影四个金属电极图案，具体参数同步骤S4，使用磁控溅射系统首先溅射10 nm Ti作为黏附层，再溅射60 nm Al作为电极。将带有电极的锗片放入丙酮中，使用lift-off 工艺将金属剥离，光刻胶被洗掉，电极将留在锗片上，最后用异丙醇清洗残留在锗片上的丙酮，用氮气吹干界面；
S6：用尖头镊子撕下需要的面积大小的石墨烯纳米膜，轻轻覆盖在锗窗口处，并使石墨烯纳米膜与两个相对的金属电极形成欧姆接触，用针筒在石墨烯纳米膜边缘滴入两滴乙醇，氮气吹扫界面使其贴合紧密；
S7：使用快速退火炉将已经得到的石墨烯纳米膜/锗器件在500 ℃、氮气氛围下退火5 - 10 min；
S8：购买顶硅厚度为1.5 μm，埋氧化层厚度为1 μm，底硅厚度为500 μm的SOI硅片，顶硅为n型轻掺，电阻率为1-10 Ω∙cm。用5350光刻正胶，旋涂工艺参数为：500 rpm预旋涂10 s，3000 rpm旋涂60 s，形成大约2 μm厚的光刻胶覆盖层，放在加热板上105 ℃加热5min。使用光刻机对匀好光刻胶的SOI硅片进行光刻，光刻机光源为365 nm 直流汞灯，曝光时间为3 s，曝光完成后将SOI硅片放入显影液约30 s，捞出硅片用去离子水清洗、氮气吹干即得到SOI硅条阵列图案，每根硅条长2 cm，宽0.5 cm，硅条间距为1 cm。将SOI硅片放在加热板上110 ℃后烘5 min以提高光刻胶抗刻蚀能力；
S9：使用感应耦合等离子干法刻蚀系统以5 nm/s的刻蚀速度刻蚀SOI硅片上未被光刻胶覆盖的硅，刻蚀时间为315 s，然后将SOI硅片放入质量分数40%的氢氟酸溶液中刻蚀埋氧化层，隔一段时间摇晃溶液，刻蚀时间为48 h，最后用丙酮和异丙醇洗去光刻胶得到SOI顶硅硅条；
S10：使用带有金字塔微结构的PDMS印章按压在SOI顶硅上，然后转印至锗窗口处，并使SOI顶硅与其余两个相对的金属电极形成欧姆接触；
S11：金属背电极制作。在单晶锗衬底背面涂点上镓铟合金，在镓铟合金涂抹部分粘上铜胶带，形成锗衬底和铜胶带之间的欧姆接触；
S12：使用快速退火炉将已经得到的SOI顶硅/石墨烯纳米膜/单晶锗衬底器件在500 ℃、氮气氛围下退火5 - 10 min；一个完整的硅/石墨烯纳米膜/锗器件便制备完成了，1号探针扎于连接SOI顶硅的金属电极，2号探针扎于连接石墨烯纳米膜的金属电极，3号探针扎于铜胶带上，可进行三端器件的光电响应测试。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何的简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (7)
1.一种基于硅/石墨烯纳米膜/锗的垂直光电探测器，其特征在于，包括单晶锗衬底，所述单晶锗衬底上生长氧化铝介质层，所述氧化铝介质层上生长二氧化硅氧化层，所述二氧化硅氧化层上开有贯穿至所述氧化铝介质层的锗窗口；所述锗窗口上覆盖条带状的石墨烯纳米膜，所述石墨烯纳米膜的两端引出两个生长在所述二氧化硅氧化层上的金属电极，并形成欧姆接触；所述石墨烯纳米膜上覆盖条带状的SOI顶硅，所述SOI顶硅的两端引出两个生长在所述二氧化硅氧化层上的金属电极，并形成欧姆接触；所述单晶锗衬底背面设置金属背电极，并形成欧姆接触；所述SOI顶硅、石墨烯纳米膜和单晶锗衬底的交叠区域形成SOI顶硅/石墨烯纳米膜肖特基结，以及石墨烯纳米膜/单晶锗衬底肖特基结，肖特基结产生的信号通过四个金属电极及一个金属背电极引出；
所述氧化铝介质层是在清洗干净单晶锗衬底上表面态后生长的；
所述石墨烯纳米膜为氧化石墨烯经还原后在温度2000℃以上烧结得到的；
当通过与SOI顶硅连接的金属电极和与单晶锗衬底连接的金属背电极施加不同方向的偏压时，所述交叠区域形成的SOI顶硅/石墨烯纳米膜以及石墨烯纳米膜/单晶锗衬底两个肖特基结处于相反的偏置状态，使得石墨烯纳米膜中光生电子和空穴分别有效分离至SOI顶硅和单晶锗衬底中，避免载流子的复合，提高量子效率；
当继续通过与石墨烯纳米膜连接的金属电极施加不同方向和大小的偏压时，可调节石墨烯纳米膜的费米能级，从而改变两个肖特基结的势垒高度，使得不同能量的光生载流子能够越过势垒，实现从可见光至中红外光范围的宽光谱探测。
2.根据权利要求1所述的基于硅/石墨烯纳米膜/锗的垂直光电探测器，其特征在于，所述SOI顶硅的厚度为1 - 2 μm，所述石墨烯纳米膜的厚度为20 - 50 nm，所述二氧化硅氧化层的厚度为100 - 300 nm，所述氧化铝介质层的厚度为1 - 3 nm，所述金属电极的厚度为60 - 100 nm。
3.一种如权利要求1所述的基于硅/石墨烯纳米膜/锗的垂直光电探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将单晶锗衬底进行表面态清洗，清洗后立即在表面生长氧化铝介质层；
S2：在氧化铝介质层上生长二氧化硅氧化层；
S3：在二氧化硅氧化层上光刻显影锗窗口图案，刻蚀锗窗口内的二氧化硅，得到能够与石墨烯纳米膜形成肖特基结的锗窗口；
S4：在二氧化硅氧化层上光刻显影四个金属电极图案，生长金属层，剥离除四个金属电极图案外的金属层，洗去光刻胶，得到四个金属电极；
S5：在阳极氧化铝基底上抽滤得到氧化石墨烯薄膜，化学还原氧化石墨烯薄膜，将还原后的氧化石墨烯薄膜从阳极氧化铝基底上剥离，经过2000℃以上高温烧结后得到石墨烯纳米膜；
S6：转移条带状的石墨烯纳米膜至锗窗口处，并使石墨烯纳米膜与两个相对的金属电极形成欧姆接触，对此刻形成的器件进行退火处理，退火环境为氮气氛围，退火温度为500℃，持续时间为5 - 10 min；
S7：转移条带状的SOI顶硅至锗窗口处，与石墨烯纳米膜相交叠，并使SOI顶硅与其余两个相对的金属电极形成欧姆接触；
S8：在单晶锗衬底背面设置金属背电极，并形成欧姆接触，对此刻形成的器件进行退火处理，退火环境为氮气氛围，退火温度为500 ℃，持续时间为5 - 10 min，最终得到垂直光电探测器。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述单晶锗衬底用去离子水、质量分数为5 %的稀氢氟酸溶液、质量分数为5 %的稀盐酸溶液、丙酮、异丙醇进行表面态清洗处理后，立即放入原子层沉积设备内进行氧化铝介质层的生长。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S5中，在阳极氧化铝基底上抽滤得到20 - 50 nm厚度的氧化石墨烯薄膜，用氢碘酸化学还原氧化石墨烯薄膜，将樟脑均匀铺设于还原后的氧化石墨烯薄膜表面，加热融化，冷却凝固，室温升华，剥离得到还原后的氧化石墨烯薄膜，以30 ℃/min以下的升温速率，将剥离得到的薄膜升温至2000 ℃以上，保持1 - 16 h，得到石墨烯纳米膜。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S6中，将石墨烯纳米膜转移至锗窗口处后，使用乙醇浸润石墨烯纳米膜，利用乙醇的表面张力去除石墨烯纳米膜的褶皱，最后用氮气吹扫界面使石墨烯纳米膜与锗窗口紧密贴合。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S7中，所述SOI顶硅通过表面具有可伸缩金字塔微结构的PDMS印章从SOI上刻蚀剥离而得，通过转印的方式转移至石墨烯纳米膜的表面，并与两个相对的金属电极形成欧姆接触。
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