石墨烯制造技术

石墨烯

【技术实现步骤摘要】
石墨烯/4H
‑
SiC紫外
‑
红外光电探测器及制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体探测器件领域，尤其涉及一种具有光栅结构的石墨烯
/4H
‑
SiC
紫外
‑
红外光电探测器及制备方法
。

技术介绍

[0002]由于紫外光的“日盲”特性，使得紫外探测技术在很多领域中有着广泛的应用
。
第三代宽带隙半导体材料
SiC
由于其禁带宽度大
、
物理性能突出
、
热导率高
、
击穿电场高
、
饱和电子漂移速度大等优点，成为紫外探测器的研究热点，
SiC
还拥有更多特点，如：
(1)4H
‑
SiC
在室温下其禁带宽度约为
3.26eV
，这意味着制备的光电探测器为“可见光盲”型
。(2)
在探测峰值波长
(280nm)
附近，
4H
‑
SiC
的穿透深度约为1μ
m
，保证了光信号的充分吸收
。(3)4H
‑
SiC
本征载流子浓度极低，保证了
4H
‑
SiC
紫外光电探测器拥有极低的漏电流
。(4)4H
‑
SiC
优良的晶体结构，使得
4H
‑
SiC
紫外光电探测器能在高辐射
、
高温等极端条件下正常工作
。
红外线是波长介于可见光与微波之间的电磁波，超出人类肉眼的观察范围而无法直接观察到红外线
。
在红外探测器的作用下，可以帮助人类观察到该波段的电磁波，拓展人类活动范围，方便人类社会的生产活动
。
红外探测器在国防军事
、
科学研究领域
、
民用领域均有着广泛的应用
。
石墨烯是一种由碳原子以
sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，具有高导热系数
、
高光学损坏阈值以及较高的三阶光学非线性等优异性能，这使得信号发射
、
传输
、
调制和检测等多种功能在一种材料中得以实现
。
石墨烯由于仅有一至数个原子层的厚度，具有极高的透光率
(97.3
％
)
，并且石墨烯具有极高的载流子迁移率，更为重要的是，石墨烯作为零带隙材料本身具有宽波段响应，能在一定程度上提高器件整体的响应度，并且石墨烯可以直接由
SiC
外延生长得到，对比其他衬底可以省去转移的步骤，同时由
SiC
外延生长的石墨烯还具有高质量
、
大面积和层数可控的优点
。
综上所述，将
SiC
与石墨烯结合是实现紫外
‑
红外双模探测的优良选择
。
[0003]对于传统的
MSM
紫外探测器，采用金属叉指电极会遮挡光敏区域，不利于
SiC
对紫外光的吸收，降低响应度以及探测率，对探测器性能产生影响，为了提高器件性能，采用半透明材料作为电极成为一种趋势
。
随着时代的发展，需要探测的光信号越来越多样化，传统的探测器探测波段单一，不能满足同时探测紫外和红外波段的需求
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种具有光栅结构的石墨烯
/4H
‑
SiC
紫外
‑
红外光电探测器及制备方法
。
一方面利用石墨烯在紫外波段的高透光率取代传统金属叉指电极，增加光敏面积，提高在紫外波段的探测率，另一方面利用石墨烯的零带隙特点实现对红外波段的探测；利用光栅结构的陷光效应，增加光吸收，并且利用光栅边缘处的电场增强，加速光生载流子的分离，提高响应度及探测率
。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种具有光栅结构的石墨烯
/4H
‑
SiC
紫外
‑
红外光电探测器的制备方法，包括以下
步骤：
[0007]1)
通过光刻和
ICP
刻蚀的方法，在半绝缘
N
型
4H
‑
SiC
表面形成光栅结构；
[0008]2)
石墨烯生长：在氩气氛围中对光栅
4H
‑
SiC
进行退火，使其表面形成多晶多层石墨烯；
[0009]3)
通过光刻和
RIE
刻蚀的方法，刻掉
4H
‑
SiC
光栅底部的石墨烯，留下顶部及侧壁的石墨烯，形成石墨烯叉指电极；
[0010]4)
利用电子束蒸发的方法在石墨烯叉指电极两端溅射
P
型金属电极，且金属电极不与
4H
‑
SiC
直接接触；
[0011]5)
用磁控溅射的方法在
4H
‑
SiC
背面镀背部金属反射镜
。
[0012]在步骤
1)
中，所述半绝缘
N
型
4H
‑
SiC
掺杂浓度为1×
10
15
～8×
10
16
cm
‑3，厚度为
365
μ
m。
通过刻蚀形成
SiC
光栅的深度为
10
～
2000nm
，光栅顶部的宽度
a
的取值范围为3～
10
μ
m
，光栅间距
b
的取值范围为3～
10
μ
m
，根据光栅衍射公式，当入射光干涉增强时有：
(a+b)sin
α
＝
k
λ
(
其中
a
为光栅顶部宽度，
b
为光栅间距，
α
为入射角，
λ
为入射波长，
k
＝0，1，
2...)
，将所需探测的具体波长
λ
代入该公式，既可得到该波长对应的吸收最优时的光栅尺寸
。
光栅结构的作用是通过陷光增加光的吸收，并且在光栅边缘处局部电场较高，加速光生载流子的分离，同时光栅结构能够降低暗电流
。
[0013]在步骤
2)
中，半绝缘
4H
‑
SiC
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
石墨烯
/4H
‑
SiC
紫外
‑
红外光电探测器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)
通过光刻和
ICP
刻蚀的方法，在
4H
‑
SiC
表面形成光栅结构；
2)
在氩气氛围中对形成光栅结构的
4H
‑
SiC
进行退火，使其表面形成石墨烯；
3)
通过光刻和
RIE
刻蚀的方法，刻掉
4H
‑
SiC
光栅底部的石墨烯，留下顶部及侧壁的石墨烯，形成石墨烯叉指电极；
4)
利用电子束蒸发的方法在石墨烯叉指电极两端溅射
P
型金属电极，且
P
型金属电极不与
4H
‑
SiC
直接接触；
5)
用磁控溅射的方法在
4H
‑
SiC
背面镀金属反射镜
。2.
如权利要求1所述的石墨烯
/4H
‑
SiC
紫外
‑
红外光电探测器的制备方法，其特征在于：步骤
1)
中，通过刻蚀形成的光栅结构深度为
10
～
2000nm
，光栅顶部的宽度
a
为3～
10
μ
m
，光栅间距
b
为3～
10
μ
m
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张峰，张泽阳，孙存志，朱佰鸿，陈家栋，付钊，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：