一種基于石墨烯包覆SiC納米線的紫外探測(cè)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種石墨烯包覆SiC納米線的紫外探測(cè)器及其制備方法，屬于光電器件技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯是由碳原子以六方網(wǎng)格狀排列成的單原子層。作為二維納米材料，石墨烯具有很多優(yōu)異的性能。尤其是在電學(xué)方面，石墨烯具有超高的載流子遷移率和高載流子密度。因此，石墨烯在各種電學(xué)器件中的應(yīng)用得到了廣泛的關(guān)注。在SiC表面外延的石墨烯器件技術(shù)與大規(guī)模集成電路工藝相兼容，無需轉(zhuǎn)移過程，因此成為電學(xué)器件應(yīng)用中的一種主流材料。
[0003]SiC作為一種寬禁帶半導(dǎo)體，具有耐腐蝕、耐高溫、強(qiáng)度大、導(dǎo)熱性能良好、抗沖擊等特性。當(dāng)能量大于SiC帶隙的紫外光源照射到碳化硅表面，其導(dǎo)帶電子可以在紫外光照射下受激躍遷到導(dǎo)帶，使其在紫外探測(cè)應(yīng)用方面具有巨大的應(yīng)用前景。如果在SiC表面外延生長(zhǎng)一層石墨烯，當(dāng)石墨烯/SiC表面受到紫外光照射時(shí)，SiC材料中的價(jià)帶電子躍遷到導(dǎo)帶，并在SiC與石墨烯的界面電場(chǎng)作用下快速轉(zhuǎn)移到石墨烯上，從而改變石墨烯的電導(dǎo)，產(chǎn)生光電響應(yīng)并實(shí)現(xiàn)對(duì)紫外光的探測(cè)。
[0004]近些年來，為了追求器件的小型化，納米材料在器件中的應(yīng)用備受關(guān)注。本專利就是采用SiC納米線,在SiC納米線上外延生長(zhǎng)石墨烯,形成由石墨烯包覆的石墨烯-SiC納米線核殼結(jié)構(gòu)。這種核殼結(jié)構(gòu)不僅實(shí)現(xiàn)了紫外探測(cè)器的小型化，而且由于納米線微腔結(jié)構(gòu)的徑向電場(chǎng)阻礙了光生載流子的復(fù)合，因此會(huì)有更多的載流子轉(zhuǎn)移到石墨烯上，大大提高了探測(cè)器的靈敏度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明基于石墨烯包覆SiC納米線的紫外探測(cè)器技術(shù)，綜合利用了 SiC納米線微腔結(jié)構(gòu)可增強(qiáng)光與SiC的相互作用、有效促進(jìn)SiC中光生載流子快速轉(zhuǎn)移到石墨烯和石墨烯優(yōu)良電子輸運(yùn)特性等諸多優(yōu)勢(shì)，提出了一種器件工藝簡(jiǎn)單并與現(xiàn)有大規(guī)模集成電路工藝相兼容的紫外探測(cè)器結(jié)構(gòu)及其制備方法。
[0006]具體地，本發(fā)明公開了一種石墨烯包覆SiC納米線的紫外探測(cè)器，該探測(cè)器包括Si02/Si襯底(4)，所述Si02/Si襯底(4)上的SiC納米線(I)，包覆所述SiC納米線⑴的石墨烯層(2)，所述SiC納米線⑴和所述石墨烯層(2)縱向兩端上的兩端電極(3)，所述Si02/Si襯底(4)背面的背柵電極(5)，以及分別在所述兩端電極(3)和背柵電極(5)上的電極引線(6)。
[0007]進(jìn)一步地，所述SiC納米線(I)的電阻率大于12 Ω.αιι，其晶型是4H，6H或者3C。
[0008]進(jìn)一步地,所述SiC納米線(I)的直徑為1nm-1OOOnm,長(zhǎng)度為I μ m-lmm。
[0009]進(jìn)一步地，所述的SiC上石墨烯層(2)的層數(shù)在10層以下。
[0010]進(jìn)一步地，所述兩端探測(cè)電極(3)可以是簡(jiǎn)單的一組，也可以是多組兩端電極，或其它實(shí)現(xiàn)相同功能的電極結(jié)構(gòu)。
[0011]進(jìn)一步地，所述兩端探測(cè)電極(3)可以做在單根納米線兩端，也可以做在并列成排的多根納米線兩端。
[0012]進(jìn)一步地，其中還包括一個(gè)具有通光窗口的封裝殼體，所述電極引線(6)與封裝殼體的電極相連，通過通光窗口，紫外光可以照射到石墨烯層(2)和SiC納米線(I)上。
[0013]進(jìn)一步地，所述Si02/Si襯底可用其它絕緣襯底來取代。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明提供了石墨烯包覆SiC納米線的紫外探測(cè)器技術(shù)，綜合利用了 SiC納米線微腔結(jié)構(gòu)增強(qiáng)光與SiC的相互作用、抑制光生載流子的復(fù)合并促進(jìn)光生載流子的轉(zhuǎn)移效率，以及石墨烯材料優(yōu)良的電子輸運(yùn)特性帶來的對(duì)光生載流子的超快響應(yīng)優(yōu)勢(shì)。且探測(cè)器器件制作工藝簡(jiǎn)單，與現(xiàn)有大規(guī)模集成電路工藝相兼容，有很大的潛在應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說明】
[0015]圖1:本發(fā)明提供的石墨烯包覆SiC納米線的紫外探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2:本發(fā)明提供的石墨烯包覆SiC納米線的紫外探測(cè)器工作原理圖。
[0017]圖3:多根并聯(lián)模式的石墨烯包覆SiC納米線的紫外探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]其中⑴為SiC納米線，⑵為石墨烯，(3)為兩端探測(cè)電極，⑷為Si02/Si襯底，
(5)為背柵電極，(6)為電極引線。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明提出了一種基于石墨烯包覆SiC納米線的紫外探測(cè)器及其制備方法，現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施步驟做進(jìn)一步說明。此處所描述的具體實(shí)施例僅用以說明和解釋本發(fā)明，并不是限定本發(fā)明的應(yīng)用范疇。
[0020]實(shí)施例1
[0021]首先，對(duì)SiC納米線進(jìn)行清洗。依次用丙酮、乙醇、去離子水進(jìn)行超聲清洗，去除表面有機(jī)物；再依次用稀鹽酸、稀氫氟酸進(jìn)行超聲清洗，去除表面金屬雜質(zhì)和氧化層；之后用去離子水沖洗后，然后烘干。所述SiC納米線(I)的電阻率大于102Ω.Cm，其晶型可以是4Η, 6Η或者3C，其直徑可以在10nm-1000nm，長(zhǎng)度可以在I μ m-lmm。
[0022]將洗凈的SiC納米線(I)放入高溫生長(zhǎng)爐中，用氬氣反復(fù)對(duì)生長(zhǎng)爐進(jìn)行充放氣清洗之后，將系統(tǒng)升高溫度到13001:，之后，抽氣至0.01?&進(jìn)行石墨烯層(2)生長(zhǎng)，生長(zhǎng)時(shí)間為20min。生長(zhǎng)結(jié)束后，充氬氣至20kPa，降溫至室溫，取出石墨烯包覆的碳化硅納米線樣品。所述的SiC上石墨烯材料(2)的層數(shù)在10層以下。
[0023]挑選出一根直徑為20nm、長(zhǎng)為10 μ m的石墨烯包覆SiC納米線的樣品放在S12/Si襯底上。利用兩端探測(cè)電極(3)掩膜板，光學(xué)曝光技術(shù)和金屬熱蒸發(fā)技術(shù)，在選定的SiC納米線兩端石墨烯層(2)上蒸鍍Ti/Au(6nm/80nm)，得到兩端探測(cè)電極(3)。在完成金屬電極的蒸鍍并用丙酮去除光刻膠后，可將樣品置于管式爐中，在H2/Ar (97:3)氣氛中，常壓下加熱至300°C并保持6小時(shí)以上，更好地去除留在石墨稀上的殘余光刻I父，提聞石墨稀的光電響應(yīng)性能。同時(shí)，在Si的背面蒸鍛背柵電極Ti/Al (5nm/80nm) (5)。
[0024]利用超聲鍵合技術(shù)，在兩端探測(cè)電極(3)和背柵電極(5)上引出電極引線(6)，并將電極引線(6)與封裝殼體的引線柱連接，完成器件封裝。其中，所述封裝殼體留有通光窗口，紫外光可以通過通光窗口照射到石墨烯層(2)和SiC納米線(I)上。
[0025]經(jīng)過上述步驟得到石墨烯包覆SiC納米線的紫外探測(cè)器后，對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。在偏壓為0.05mV，分別在無光照和波長(zhǎng)為325納米紫外光(功率為0.1mff)照射條件下，測(cè)得石墨烯的光電流為50nA。
[0026]實(shí)施例2
[0027]首先，對(duì)SiC納米線進(jìn)行清洗。依次用丙酮、乙醇、去離子水進(jìn)行超聲清洗，去除表面有機(jī)物；再依次用稀鹽酸、稀氫氟酸進(jìn)行超聲清洗，去除表面金屬雜質(zhì)和氧化層；之后用去離子水沖洗后，然后烘干。所述SiC納米線(I)的電阻率大于102Ω.cm，其晶型可以是4Η, 6Η或者3C，其直徑可以在10nm-1000nm，長(zhǎng)度可以在I μ m-lmm。
[0028]將洗凈的SiC納米線(I)放入高溫生長(zhǎng)爐中，用氬氣反復(fù)充放氣進(jìn)行清洗后，將系統(tǒng)升高溫度到1300°C，之后，抽氣至0.0lPa進(jìn)行石墨烯層(2)生長(zhǎng)，生長(zhǎng)時(shí)間為30min。生長(zhǎng)結(jié)束后，充氬氣至20kPa，降溫至室溫，取出石墨烯包覆的SiC納米線樣品。所述的SiC上石墨烯層⑵的層數(shù)在10層以下。
[0029]挑選出一根直徑為50nm、長(zhǎng)為10 μ m的石墨烯包覆SiC納米線的樣品放在S12/Si襯底(4)上。利用兩端探測(cè)電極(3)掩膜板，光學(xué)曝光技術(shù)和金屬熱蒸發(fā)技術(shù)，在選定的SiC納米線兩端石墨烯層(2)上，蒸鍍Ti/Au(6nm/80nm)，得到兩端探測(cè)電極(3)。在完成金屬電極的蒸鍍并用丙酮去除光刻膠后，可將樣品置于管式爐中，在H2/Ar (97:3)氣氛中，常壓下加熱至300°C并保持6小時(shí)以上，更好地去除留在石墨烯上的殘余光刻膠，提高石墨烯的光電響應(yīng)性能。同時(shí)，在Si