一种石墨烯基碲镉汞材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种红外探测材料及其制备方法。本发明专利技术的红外探测材料，包括红外光吸收层和电荷传输载体层；所述电荷传输载体层布设在所述红外光吸收层上；其中，所述电荷传输载体层由石墨烯材料制备得到。本发明专利技术实施例利用石墨烯材料作为光生载流子的输运层提升响应速率和探测器灵敏度，可适应新一代武器装备和电子系统发展对红外探测器的需求，解决提高探测距离、拓展探测频段、提升探测精度等武器装备性能发展瓶颈问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及红外探测
，特别涉及一种石墨烯基碲镉汞材料及其制备方法。
技术介绍
红外探测技术是航天侦察、导弹预警、临近空间目标探测、机载火控、舰载侦察的重要手段，红外探测材料的探测性能是影响红外探测系统灵敏度的关键。半个多世纪以来，基于碲镉汞、II类超晶格等光电探测材料的红外焦平面器件得到快速发展，极大地促进了红外成像与探测技术的发展，使红外探测装备的探测灵敏度得到大幅度提升，温度灵敏度达到几十mK(10-2K量级)，较好地满足了武器装备需求。为了满足航天侦察、预警探测、机载火控等武器装备对敌方目标的远距离、大范围、全被动探测等方面的需求，对红外探测系统的探测灵敏度的要求日益提高；同时，随着红外隐身技术的发展，新一代隐身战斗机、远程隐身轰炸机、海面隐身舰艇等目标的雷达及红外隐身能力日趋完善，空中、海面及水下目标的红外辐射强度日益降低，为实现对隐身目标的稳定探测，需要进一步提高红外探测系统的探测灵敏度。但同时，目前碲镉汞红外探测材料的量子效率已经达到70％左右，使用上述红外红探测材料研制的红外焦平面探测器的探测灵敏度已接近或达到理论性能极限，以目前的红外探测材料为基础，采用优化红外焦平面器件性能来将其探测灵敏度提升2个量级以上的技术途径面临着严竣挑战。
技术实现思路
为了进一步提高红外探测系统的探测灵敏度，本专利技术提供了一种石墨烯基碲镉汞材料及其制备方法。本专利技术提供的一种红外探测材料(石墨烯基碲镉汞材料)，包括红外光吸收层和电荷传输载体层；所述电荷传输载体层布设在所述红外光吸收层上；其中，所述电荷传输载体层由石墨烯材料制备得到。本专利技术提供的一种红外探测材料(石墨烯基碲镉汞材料)的制备方法，包括以下步骤：在衬底上面依次生长缓冲层、红外光吸收层；在基底上面生长石墨烯层；除去所述红外光吸收层的表层氧化层，并进行退火；除去石墨烯层下面的基底，并将所述石墨烯层转移至经退火处理后的红外光吸收层表面进行键合，得到红外探测材料。本专利技术的有益效果如下：本专利技术实施例利用石墨烯材料作为光生载流子的输运层提升响应速率和探测器灵敏度，结合了石墨烯材料的独特能带结构、超高载流子迁移率、超宽光谱吸收的特性以及碲镉汞材料的极高量子效率性能，可适应新一代武器装备和电子系统发展对红外探测器的需求，解决提高探测距离、拓展探测频段、提升探测精度等武器装备性能发展瓶颈问题，实现红外探测灵敏度从几十mK向亚mK方向发展，支持新一代中远程光电探测装备从分立、局部战场感知走向高分辨、全天候、宽光谱、全球多维信息获取。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式。附图说明图1是本专利技术装置实施例红外探测材料的结构示意图；图2是本专利技术装置实施例实例1的红外探测材料的结构示意图；图3是本专利技术方法实施例红外探测材料制备方法的流程图；图4是本专利技术方法实施例除去石墨烯薄膜下面基底的示意图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。石墨烯材料在光电探测应用方面具有先天的优势。作为一种碳纳米材料，石墨烯拥有特殊的能带结构(零带隙、零有效质量)，进而使得其具有高达200000cm2V-1s-1的超高载流子迁移率和从可见光到远红外的超宽光谱吸收，在光电探测器方面展现出从紫外到红外的宽谱响应及超快探测的性能。作为一种二维原子晶体，石墨烯二维特性与现有的硅工艺线完美兼容；此外，石墨烯材料的二维特性还可以避免由于像元尺寸减小而产生的漏电现象，有望实现超高密度像元阵列，从而实现高分辨率；并且该材料具有极低功耗、极高灵敏且超轻超稳定。这些优越的性质及特殊的二维结构使其在国防军事上有着广泛的应用前景。根据本专利技术的装置实施例，提供了一种红外探测材料，图1是本专利技术装置实施例红外探测材料的结构示意图，如图1所示，根据本专利技术装置实施例的红外探测材料包括包括红外光吸收层和电荷传输载体层；所述电荷传输载体层布设在所述红外光吸收层上；其中，所述电荷传输载体层由石墨烯材料制备得到。具体的，所述红外光吸收层生长在设有缓冲层的衬底上。具体的，所述红外光吸收层由碲镉汞材料制备得到。具体的，所述红外光吸收层的厚度为1～5微米。具体的，所述电荷传输载体层由单层或多层石墨烯层构成，单层或多层石墨烯层作为电极层以及盖帽层。所述石墨烯层为高速电荷传输层，最大限度的提升电荷的传输速度，降低传输层由于产生-复合产生的暗电流，提升红外探测的极限性能。当光线入射的时候，红外光吸收层吸收入射光，产生光生电子-空穴对，其中一种电荷传输到石墨烯上，在外加偏压的作用下快速传输形成光电流。基于碲镉汞优异的光吸收特性，把碲镉汞吸收层作为栅极，吸引出石墨烯中另外一种电荷，进而提高光电流，增加光电导增益。采用石墨烯基碲镉汞红外探测材料复合从理论上可以获得红外波段的极高光电响应度。为了详细的说明本专利技术的红外探测材料，给出实例1。图2是本专利技术装置实施例实例1的红外探测材料的结构示意图，如图2所示，红外探测材料包括下至上依次排列的衬底、缓冲层及红外光吸收层和电荷传输载体层。所述衬底的材质为Si、GaAs，Ge、InSb、CdZnTe、GaSb、或蓝宝石中的一种，以及碲镉汞可预见的其他衬底；所述缓冲层的材质为ZnTe、CdTe，厚度为几十埃到几百埃；所述红外光吸收层(由碲镉汞材料制备得到)的厚度为1～5微米。通过外延或者沉积的方式生长1-5微米左右的红外光吸收层，截止波长可以包括短波、中波、长波以及甚长波。所述电荷传输载体层由1～10石墨烯层构成，本专利技术装置实施例采用光吸收和电荷传输分开的方法来提高探测器的灵敏度，基于石墨烯材料的独特能带结构、超高载流子迁移率、超宽光谱吸收的特性，结合碲镉汞材料的极高量子效率性能，通过将碲镉汞红外半导体材料吸收层和石墨烯结合的办法，使碲镉汞红外半导体材料扮演光吸收体的角色，石墨烯则充当电荷传输载体，得到了具有极高红外辐射响应度、超宽光谱响应范围的新一代石墨烯基复合红外探测材料，大幅度提升其红外辐射响应度和探测灵敏度。根据本专利技术的方法实施例，提供了一种红外探测材料的制备方法，图3是本专利技术方法实施例红外探测材料制备方法的流程图，如图3所示，根据本专利技术方法实施例的红外探测材料的制备方法包括以下步骤：步骤301：在衬底上面依次生长缓冲层、红外光吸收层。具体的，所述衬底的材质为Si、GaAs，Ge、InSb、CdZnTe、GaSb、或蓝宝石中的一种，或者碲镉汞可预见的其他衬底。步骤302：在基底上面生长石墨烯薄膜。具体的，所述基底的材质为金属箔(例如Cu)或Si衬底。具体的，步骤302具体包括以下步骤：采用气相沉淀或氧化还原法在基底上生长石墨烯薄膜。步骤303：除去所述红外光吸收层的表层氧化层，并进行退火；除去石墨烯层下面的基底，并将所述石墨烯层转移至经退火处理后的红外光吸收层表面进行键合，得到红外探测材料。。具体的，除去所述碲镉汞薄膜层的表层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种红外探测材料，包括红外光吸收层，其特征在于，还包括：电荷传输载体层；所述电荷传输载体层布设在所述红外光吸收层上；其中，所述电荷传输载体层由石墨烯材料制备得到。

【技术特征摘要】
1.一种红外探测材料，包括红外光吸收层，其特征在于，还包括：电荷传输载体层；所述电荷传输载体层布设在所述红外光吸收层上；其中，所述电荷传输载体层由石墨烯材料制备得到。2.如权利要求1所述的红外探测材料，其特征在于，所述红外光吸收层由碲镉汞材料制备得到。3.如权利要求1所述的红外探测材料，其特征在于，所述红外光吸收层生长在设有缓冲层的衬底上。4.如权利要求3所述的红外探测材料，其特征在于，所述衬底的材质为Si、GaAs、Ge、InSb、CdZnTe、GaSb或蓝宝石；所述缓冲层的材质为ZnTe或CdTe。5.如权利要求1所述的红外探测材料，其特征在于，所述红外光吸收层的厚度为1～5微米。6.如权利要求1所述的红外探测材料，其特征在于，所述电荷传输载体层由单层或多层石墨烯层构成。7.一种权利要求1～6任一项所述的红外探测材料的制备方法，其特征在于，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻松林，刘铭，张永哲，孙浩，吴卿，周立庆，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十一研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11