CN219226310U - 混合光探测器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种混合光探测器，包括基底以及形成于所述基底上的一个或多个探测单元，所述探测单元包括：石墨烯薄膜组，包括多条石墨烯薄膜，多条所述石墨烯薄膜排设于所述基底上，每条所述石墨烯薄膜的两端设置有金属电极；吸光薄膜组，包括能够吸收不同波段波长的多条吸光薄膜，所述吸光薄膜组设置于所述石墨烯薄膜组上，且每条所述吸光薄膜均对应一条所述石墨烯薄膜设置。本实用新型的混合光探测器，通过在基板上形成能够吸收不同波段波长的不同结构层，实现混合光的探测。
Description
技术领域
本实用新型是关于一种探测器技术领域，特别是关于一种混合光探测器。
背景技术
混合光探测器是红外光探测中常用的一种，光的吸收和载流子的传输在不同的材料介质中发生。石墨烯(Graphene)作为未来可能替代硅成为下一代半导体行业的基础材料，其有着不一样的优良性能。石墨烯是一种零带隙的二维材料，可以通过石墨烯纳米带或应变工程结晶来诱导其能带隙或诱导传输带隙，研制出具有超宽光学带宽的光电探测器。电子传输性能是石墨烯最重要的性能之一，石墨烯的高迁移率使得器件具有很高的工作效率，而且几乎不受温度影响。石墨烯还具有超高光吸收系数和光电转换效率，可以研制高速高灵敏度的光电探测器。石墨烯的这些特性使得基于石墨烯的光电探测器具有巨大的应用潜力。
在现有的研究中，通过将石墨烯与一些半导体纳米材料(PbS量子点，PbSe量子点)相结合，形成复合结构以制作光电探测器。窄带隙半导体纳米材料吸收红外光并产生载流子，一种载流子(电子或空穴)被困在量子点中，而另一种载流子在外部源漏电压驱动的石墨烯通道中快速循环。石墨烯作为高速传输材料，光吸收和输运独立进行，能够显著提高光学增益和载流子传输效率。但是这种光电探测器只能实现单一波段红外光探测。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种混合光探测器，通过在基板上形成能够吸收不同波段波长的不同结构层，实现混合光的探测。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种混合光探测器，包括基底以及形成于所述基底上的一个或多个探测单元，所述探测单元包括：
石墨烯薄膜组，包括多条石墨烯薄膜，多条所述石墨烯薄膜排设于所述基底上，每条所述石墨烯薄膜的两端设置有金属电极；
吸光薄膜组，包括能够吸收不同波段波长的多条吸光薄膜，所述吸光薄膜组设置于所述石墨烯薄膜组上，且每条所述吸光薄膜均对应一条所述石墨烯薄膜设置。
在一个或多个实施方式中，所述吸光薄膜组包括能够吸收近红外光的第一吸光薄膜，所述第一吸光薄膜包括PbS薄膜、PbSe量子点薄膜中的一种。
在一个或多个实施方式中，所述吸光薄膜组包括能够吸收短波红外光的第二吸光薄膜，所述第二吸光薄膜包括黑磷薄膜，碲烯薄膜，PtS2薄膜和PdS2薄膜中的一种。
在一个或多个实施方式中，所述吸光薄膜组包括能够吸收中波红外光的第三吸光薄膜，所述第三吸光薄膜包括Ti2O3薄膜，Fe3O4薄膜，PtSe2薄膜，PdSe2薄膜中的一种。
在一个或多个实施方式中，所述石墨烯薄膜为单层石墨烯薄膜。
在一个或多个实施方式中，所述金属电极包括层叠设置的第一金属电极和第二金属电极，所述第一金属电极设置于所述石墨烯薄膜上，相邻所述石墨烯薄膜上的所述第一金属电极之间不连接设置；所述第二金属电极设置于所述第一金属电极上并延伸于所述基底上，相邻所述石墨烯薄膜上的所述第二金属电极之间相连接或者不连接设置。
在一个或多个实施方式中，所述第一金属电极包括第一粘附层以及形成于所述第一粘附层上的第一惰性金属层，所述第一粘附层的厚度为5nm，所述第一惰性金属层的厚度为30nm。
在一个或多个实施方式中，所述第二金属电极包括第二粘附层以及形成于所述第二粘附层上的第二惰性金属层，所述第二粘附层的厚度为20nm，所述第二惰性金属层的厚度为200nm。
在一个或多个实施方式中，所述第一粘附层以及所述第二粘附层包括铬金属粘附层或钛金属粘附层，所述第一惰性金属层和所述第二惰性金属层包括Au层。
在一个或多个实施方式中，所述基底包括衬底以及形成于所述衬底上的介质层，所述探测单元形成于所述介质层上。
与现有技术相比，本实用新型的混合光探测器，能实现同时从近红外至中波红外的红外探测，从而实现多色探测。
本实用新型的混合光探测器，通过在基板上形成能够吸收不同波段波长的不同结构层(石墨烯薄膜和吸光薄膜的组合)。由于不同结构层各自带隙的不同可以对不同波长的光进行探测，形成的探测器可以对宽波段的复杂化光源进行探测和分析。
本实用新型的混合光探测器，能够克服单一一种光检测器检测波段窄的缺点，通过在石墨烯薄膜上同时覆盖能吸收不同波段的红外吸光薄膜，形成不同的探测通道，从而能够同时探测不同的红外光谱波段，实现对近红外到中波红外的多色同时探测和成像。
附图说明
图1是本实用新型一实施方式的混合光探测器的结构示意图。
图2是本实用新型一实施方式的混合光探测器的部分实物图。
图3～图8是本实用新型一实施方式的混合光探测的制备步骤示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
石墨烯(Graphene)是一种以sp2杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料。电子传输性能是石墨烯最重要的性能之一，石墨烯的高迁移率使得应用其的器件具有很高的工作效率，且几乎不受温度影响。石墨烯还具有超高光吸收系数和光电转换效率，可以研制高速高灵敏度的光电探测器，其也因此被广泛应用于光电探测器领域。
但如背景技术所言，在现有的技术中，通过将石墨烯与一些近红外量子点相结合形成的复合结构，虽然能够显著提高光学增益和载流子传输效率，但是这种光电探测器的工作波长相对比较固定，只在近红外区域实现单一波段范围的红外探测。
本实用新型提出了一种混合光探测器，能同时实现从近红外至中波红外的红外探测，从而实现多色探测。
如图1和图2所示，本实用新型一实施方式提供了一种混合光探测器，包括基底10以及形成于基底10上的一个或多个探测单元20。探测单元20包括石墨烯薄膜组以及吸光薄膜组，石墨烯薄膜组包括多条石墨烯薄膜31，多条石墨烯薄膜31排设于基底10上，每条石墨烯薄膜31的两端设置有金属电极32。吸光薄膜组包括能够吸收不同波段波长的多条吸光薄膜(41、42、43)，吸光薄膜组设置于石墨烯薄膜组上，且每条吸光薄膜(41、42、43)均对应一条石墨烯薄膜31设置。
基底10包括衬底以及形成于衬底上的介质层，探测单元20形成于介质层上。衬底优选为硅衬底，硅衬底的表面经过抛光处理，之后对其进行清洗，去除硅衬底表面的杂质，颗粒，残留试剂等，使硅衬底表面干净、平整和光滑，没有玷污。介质层优选为二氧化硅介质层。
石墨烯薄膜31为单层且完整的石墨烯薄膜，通过在二氧化硅介质层上生长高质量的石墨烯层，并对石墨烯层进行图形化处理后获得，每条石墨烯薄膜31的两端均设置有金属电极32。金属电极32包括层叠设置的第一金属电极321和第二金属电极322，第一金属电极321设置于石墨烯薄膜31上，相邻石墨烯薄膜31上的第一金属电极321之间不连接设置，第一金属电极321包括第一粘附层以及形成于第一粘附层上的第一惰性金属层，第一粘附层的厚度为5nm，第一惰性金属层的厚度为30nm。第二金属电极322设置于第一金属电极311上并延伸于基底10上，相邻石墨烯薄膜31上的第二金属电极322之间相连接或者不连接设置。第二金属电极322包括第二粘附层以及形成于第二粘附层上的第二惰性金属层，第二粘附层的厚度为20nm，第二惰性金属层的厚度为200nm。
示例性的，第一粘附层以及第二粘附层包括铬金属粘附层或钛金属粘附层。第一惰性金属层和第二惰性金属层包括Au层。
在本实施例中，吸光薄膜组包括能够吸收近红外光的第一吸光薄膜41，能够吸收短波红外光的第二吸光薄膜42以及能够吸收中波红外光的第三吸光薄膜43。第一吸光薄膜41包括PbS薄膜、PbSe量子点薄膜中的一种。第二吸光薄膜42包括黑磷薄膜，碲烯薄膜，PtS2薄膜和PdS2薄膜中的一种。第三吸光薄膜43包括Ti2O3薄膜，Fe3O4薄膜，PtSe2薄膜，PdSe2薄膜中的一种。通过印刷的方式将不同的吸光薄膜设置在不同的石墨烯薄膜上，从而实现对不同波长光的红外探测，形成一种混合光光电探测器。
以下结合图3～图8，通过对本实用新型的混合光探测器的制备工艺的描述，来进一步说明本实用新型的混合光探测器的结构。可以理解的是，在本说明中，混合光探测器的结构大小和比例并不代表实际尺寸，并且本说明只是展示了多个探测单元其中一个单元的制备过程示意图。
参考图3所示，提供基底10。基底10包括层叠设置的硅衬底以及二氧化硅介质层。基底10应十分平整和光滑，其表面经过抛光处理，之后对其进行清洗，去除其表面的杂质，颗粒，残留试剂等，使基底10十分干净，平整光滑，没有玷污。
参考图4所示，在基底10上生长的石墨烯层30。在基底10上通过化学气相沉积的方式生长高质量的石墨烯层30，石墨烯层30需要接近单层且完整。
参考图5所示，在石墨烯层30上沉积第一金属电极321。示例性的，在石墨烯层30上旋涂光刻胶，通过曝光显影形成电极图案，然后沉积金属。第一金属电极321为两层结构，底层为粘附层，可选铬或钛金属，厚度为5nm，上层为惰性金属，如Au，厚度为30nm。利用丙酮去除光刻胶，此时将光刻胶表面的金属薄膜一并剥离掉，最终形成第一金属电极321。第一金属电极321的作用是压住其下方的石墨烯层30，防止所需要的部分石墨烯层31在后续的工艺流程(石墨烯层30图形化刻蚀)中受到破坏。
参考图6所示，对石墨烯层30进行图形化处理，形成三条石墨烯薄膜31。示例性的，在上述的石墨烯层30上蒸镀完所需的第一金属电极321后，对石墨烯层30进行图形化处理。先在石墨烯层30表面旋涂一层光刻胶，然后经过光刻显影后留下石墨烯图形结构，通过氧等离子体刻蚀出第一金属电极321之间的三条石墨烯薄膜31。
参考图7所示，在刻蚀完石墨烯薄膜31后需要再做一层金属层，通过匀胶、光刻、显影得到第二金属电极322。第二金属电极322同样为两层结构，底层为粘附层，可选铬或钛金属，厚度为20nm，上层为惰性金属，如Au，厚度为200nm。利用丙酮去除光刻胶时将光刻胶表面的金属薄膜一并剥离掉，最终形成第二金属电极322。第二金属电极322的作用是导电，提供光电转换输出接口。
参考图8所示，将不同的感光材料分别转移到不同的石墨烯薄膜上。示例性的，通过印刷的方式将不同的感光材料转移到不同的石墨烯薄膜上，形成覆盖石墨烯薄膜31的吸光薄膜32，以在基底10上形成不同的探测通道，从而能够同时探测不同的红外光谱波段，实现对近红外到中波红外的多色同时探测和成像。感光材料包括：近红外吸光材料，如PbS，PbSe量子点等；短波红外感光材料，如黑磷，碲烯，PtS2和PdS2等；中波红外感光材料，如Ti2O3，Fe3O4，PtSe2，PdSe2等。
与现有技术相比，本实用新型的混合光探测器，能实现同时从近红外至中波红外的红外探测，从而实现多色探测。
本实用新型的混合光探测器，通过在基板上形成能够吸收不同波段波长的不同结构层(石墨烯薄膜和吸光薄膜的组合)。由于不同结构层各自带隙的不同可以对不同波长的光进行探测，形成的探测器可以对宽波段的复杂化光源进行探测和分析。
本实用新型的混合光探测器，能够克服单一一种光检测器检测波段窄的缺点，通过在石墨烯薄膜上同时覆盖能吸收不同波段的红外吸光薄膜，形成不同的探测通道，从而能够同时探测不同的红外光谱波段，实现对近红外到中波红外的多色同时探测和成像。
前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (10)
1.一种混合光探测器，其特征在于，包括基底以及形成于所述基底上的一个或多个探测单元，所述探测单元包括：
石墨烯薄膜组，包括多条石墨烯薄膜，多条所述石墨烯薄膜排设于所述基底上，每条所述石墨烯薄膜的两端设置有金属电极；
吸光薄膜组，包括能够吸收不同波段波长的多条吸光薄膜，所述吸光薄膜组设置于所述石墨烯薄膜组上，且每条所述吸光薄膜均对应一条所述石墨烯薄膜设置。
2.如权利要求1所述的混合光探测器，其特征在于，所述吸光薄膜组包括能够吸收近红外光的第一吸光薄膜，所述第一吸光薄膜包括PbS薄膜、PbSe量子点薄膜中的一种。
3.如权利要求1所述的混合光探测器，其特征在于，所述吸光薄膜组包括能够吸收短波红外光的第二吸光薄膜，所述第二吸光薄膜包括黑磷薄膜，碲烯薄膜，PtS2薄膜和PdS2薄膜中的一种。
4.如权利要求1所述的混合光探测器，其特征在于，所述吸光薄膜组包括能够吸收中波红外光的第三吸光薄膜，所述第三吸光薄膜包括Ti2O3薄膜，Fe3O4薄膜，PtSe2薄膜，PdSe2薄膜中的一种。
5.如权利要求1所述的混合光探测器，其特征在于，所述石墨烯薄膜为单层石墨烯薄膜。
6.如权利要求1所述的混合光探测器，其特征在于，所述金属电极包括层叠设置的第一金属电极和第二金属电极，所述第一金属电极设置于所述石墨烯薄膜上，相邻所述石墨烯薄膜上的所述第一金属电极之间不连接设置；所述第二金属电极设置于所述第一金属电极上并延伸于所述基底上，相邻所述石墨烯薄膜上的所述第二金属电极之间相连接或者不连接设置。
7.如权利要求6所述的混合光探测器，其特征在于，所述第一金属电极包括第一粘附层以及形成于所述第一粘附层上的第一惰性金属层，所述第一粘附层的厚度为5nm，所述第一惰性金属层的厚度为30nm。
8.如权利要求7所述的混合光探测器，其特征在于，所述第二金属电极包括第二粘附层以及形成于所述第二粘附层上的第二惰性金属层，所述第二粘附层的厚度为20nm，所述第二惰性金属层的厚度为200nm。
9.如权利要求8所述的混合光探测器，其特征在于，所述第一粘附层以及所述第二粘附层包括铬金属粘附层或钛金属粘附层，所述第一惰性金属层和所述第二惰性金属层包括Au层。
10.如权利要求1所述的混合光探测器，其特征在于，所述基底包括衬底以及形成于所述衬底上的介质层，所述探测单元形成于所述介质层上。
Priority Applications (1)
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| CN202320298443.8U CN219226310U (zh) | 2023-02-23 | 2023-02-23 | 混合光探测器 |
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