本發(fā)明涉及一種新型紅外探測(cè)器及其制造方法，尤其涉及砷化鎵量子點(diǎn)增強(qiáng)的石墨烯/碲鎘汞紅外探測(cè)器及其制備方法，屬于紅外探測(cè)器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

光電探測(cè)器是指由輻射引起被照射材料電導(dǎo)率改變的一種物理現(xiàn)象。光電探測(cè)器在軍事和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域有廣泛用途。在可見(jiàn)光或近紅外波段主要用于射線(xiàn)測(cè)量和探測(cè)、工業(yè)自動(dòng)控制、光度計(jì)量等；在紅外波段主要用于導(dǎo)彈制導(dǎo)、紅外熱成像、紅外遙感等方面。

光電探測(cè)器能把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。根據(jù)器件對(duì)輻射響應(yīng)的方式不同或者說(shuō)器件工作的機(jī)理不同，光電探測(cè)器可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是光子探測(cè)器；另一類(lèi)是熱探測(cè)器。根據(jù)器件結(jié)構(gòu)可以分為光電導(dǎo)型和結(jié)型光電探測(cè)器。光電導(dǎo)性是由于光子在半導(dǎo)體中被吸收時(shí)，產(chǎn)生可移動(dòng)的載流子所造成的。目前納米半導(dǎo)體光電探測(cè)器大多都是基于光電導(dǎo)型結(jié)構(gòu)，由于電極間的載流子傳輸時(shí)間的限制，其速度、響應(yīng)時(shí)間等性能都較差。光電探測(cè)器的響應(yīng)速度決定了其跟隨光學(xué)信號(hào)快速轉(zhuǎn)換的能力，在光波通訊及光通訊中有著極其重要的作用。較慢的響應(yīng)速度將嚴(yán)重限制了光電探測(cè)器在光電器件集成電路中的應(yīng)用。

自石墨烯材料發(fā)現(xiàn)以來(lái)，其在電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)以及力學(xué)方面表現(xiàn)出的優(yōu)異性質(zhì)如極高的載流子遷移率、高透光新、高的楊氏模量等引發(fā)了石墨烯在諸多領(lǐng)域應(yīng)用的憧憬。其中石墨烯在紅外探測(cè)器領(lǐng)域的應(yīng)用研究為石墨烯在能源領(lǐng)域的應(yīng)用打開(kāi)了大門(mén)。目前，已有研究者利用石墨烯以及碲鎘汞做成紅外探測(cè)器，且在很大程度上簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)紅外探測(cè)器制造工藝，可以大大降低生產(chǎn)制造成本。對(duì)于紅外探測(cè)器應(yīng)用來(lái)說(shuō)，碲鎘汞具有較合適的禁帶寬度，也是直接帶隙材料，預(yù)期可以獲得更高的轉(zhuǎn)化效率。石墨烯/碲鎘汞紅外探測(cè)器的研究到目前為止還未有報(bào)道，在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明提出了砷化鎵量子點(diǎn)增強(qiáng)的石墨烯/碲鎘汞紅外探測(cè)器，砷化鎵量子點(diǎn)薄膜層的加入可以大大提升石墨烯/碲鎘汞紅外探測(cè)器的轉(zhuǎn)化效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種光轉(zhuǎn)化效率高且制備工藝簡(jiǎn)單的砷化鎵量子點(diǎn)增強(qiáng)的石墨烯/碲鎘汞紅外探測(cè)器及其制備方法。

本發(fā)明的砷化鎵量子點(diǎn)增強(qiáng)的石墨烯/碲鎘汞紅外探測(cè)器，自下而上依次有襯底、導(dǎo)電鍍膜層、碲鎘汞層、石墨烯層及砷化鎵量子點(diǎn)層，所述的紅外探測(cè)器還設(shè)有第一電極和第二電極，第一電極設(shè)置在導(dǎo)電鍍膜層上，第二電極設(shè)置在石墨烯層上。

所述的導(dǎo)電鍍膜層可以為金屬、ITO、FTO、n型摻雜砷化鎵或p型摻雜砷化鎵。

所述的石墨烯層中的石墨烯通常為1-10層。

所述的砷化鎵量子點(diǎn)層可以為砷化鎵量子點(diǎn)薄膜，所述的砷化鎵量子點(diǎn)直徑為1nm-1μm。

所述的襯底可以為剛性襯底或柔性襯底。

所述的第一電極和第二電極均可為金、鈀、銀、鈦、鉻和鎳中的一種或幾種的復(fù)合電極。

制備上述的砷化鎵量子點(diǎn)增強(qiáng)的石墨烯/碲鎘汞紅外探測(cè)器的方法，包括如下步驟：

1)在潔凈的襯底上生長(zhǎng)導(dǎo)電鍍膜層；

2)在導(dǎo)電鍍膜層上沉積碲鎘汞層，并在導(dǎo)電鍍膜層表面預(yù)留生長(zhǎng)第一電極的面積；

3)將硼摻雜石墨烯轉(zhuǎn)移至碲鎘汞層上；

4)在石墨烯層上制作砷化鎵量子點(diǎn)層，并在石墨烯層表面預(yù)留生長(zhǎng)第二電極的面積；

5)在導(dǎo)電鍍膜層上沉積第一電極，并在石墨烯層上沉積第二電極。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果是：本發(fā)明的砷化鎵量子點(diǎn)增強(qiáng)的石墨烯/碲鎘汞紅外探測(cè)器，通過(guò)向石墨烯/碲鎘汞紅外探測(cè)器中加入砷化鎵量子點(diǎn)薄膜層，可起到光摻雜作用，使得該紅外探測(cè)器的光電轉(zhuǎn)化效率在原基礎(chǔ)上提升15％左右，此外，與傳統(tǒng)紅外探測(cè)器制造工藝相比，本發(fā)明的紅外探測(cè)器的制備工藝簡(jiǎn)單，成本較低，便于推廣。

附圖說(shuō)明

圖1圖1為砷化鎵量子點(diǎn)增強(qiáng)的石墨烯/碲鎘汞紅外探測(cè)器的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

參照?qǐng)D1，本發(fā)明的砷化鎵量子點(diǎn)增強(qiáng)的石墨烯/碲鎘汞紅外探測(cè)器自下而上依次有襯底1、導(dǎo)電鍍膜層2、碲鎘汞層3、石墨烯層4及砷化鎵量子點(diǎn)層6，所述的紅外探測(cè)器還設(shè)有第一電極5和第二電極7，第一電極5設(shè)置在導(dǎo)電鍍膜層2上，第二電極7設(shè)置在石墨烯層4上。

實(shí)施例1：

1)將聚酰亞胺柔性襯底在去離子水中清洗干凈并吹干；

2)在聚酰亞胺柔性襯底上利用磁控濺射沉積40納米厚的摻銦氧化錫；

3)在摻銦氧化錫層上利用物理氣相沉積技術(shù)沉積6微米厚的碲鎘汞層，并在ITO層上預(yù)留生長(zhǎng)第一電極的面積；

4)將單層石墨烯轉(zhuǎn)移至碲鎘汞層上；

5)在石墨烯上旋涂砷化鎵量子點(diǎn)溶液，并在石墨烯上預(yù)留生長(zhǎng)第二電極的面積；所述砷化鎵量子點(diǎn)直徑為1nm-1μm；

6)在石墨烯預(yù)留面積處以及ITO層上預(yù)留面積處涂覆銀漿并烘干；得到砷化鎵量子點(diǎn)增強(qiáng)的石墨烯/碲鎘汞紅外探測(cè)器。

紅外照射情況下在砷化鎵量子點(diǎn)和碲鎘汞層中產(chǎn)生的電子均向石墨烯中注入，而碲鎘汞層收集空穴，從而產(chǎn)生電勢(shì)差，由于砷化鎵量子點(diǎn)層的光摻雜作用可顯著提高紅外探測(cè)器的光電轉(zhuǎn)化效率。

實(shí)施例2：

1)將玻璃襯底在去離子水中清洗干凈并吹干；

2)在玻璃襯底上利用磁控濺射沉積200納米厚的摻氟氧化錫；

3)在摻氟氧化錫層上利用物理氣相沉積技術(shù)沉積8微米厚的碲鎘汞層，并在FTO層上預(yù)留生長(zhǎng)第一電極的面積；

4)將三層石墨烯轉(zhuǎn)移至碲鎘汞層上；

5)在石墨烯上噴涂砷化鎵量子點(diǎn)溶液，并在石墨烯層上預(yù)留生長(zhǎng)第二電極的面積；所述砷化鎵量子點(diǎn)直徑為1nm-1μm；

6)在石墨烯層預(yù)留面積處以及摻氟氧化錫層上預(yù)留面積處熱蒸發(fā)金電極；得到砷化鎵量子點(diǎn)增強(qiáng)的石墨烯/碲鎘汞紅外探測(cè)器。

實(shí)施例3：

1)將陶瓷襯底在去離子水中清洗干凈并吹干；

2)在陶瓷襯底上利用電子束蒸發(fā)沉積60納米厚的鎳金屬；

3)在鎳金屬層上利用化學(xué)水浴法沉積5微米厚的碲鎘汞層，并在鎳金屬層上預(yù)留生長(zhǎng)第一電極的面積；

4)將10層石墨烯轉(zhuǎn)移至碲鎘汞層上；

5)在石墨烯上制備砷化鎵量子點(diǎn)薄膜，并在石墨烯層上預(yù)留生長(zhǎng)第二電極的面積；

6)在石墨烯層預(yù)留面積處以及鎳金屬層上預(yù)留面積處絲網(wǎng)印刷銀電極；得到砷化鎵量子點(diǎn)增強(qiáng)的石墨烯/碲鎘汞紅外探測(cè)器。

實(shí)施例4：

1)將陶瓷襯底在去離子水中清洗干凈并烘干；

2)在陶瓷襯底上利用電子束蒸發(fā)沉積60納米厚的鎳金屬；

3)在鎳金屬層上利用化學(xué)水浴法沉積5微米厚的碲鎘汞層，并在鎳金屬層上預(yù)留生長(zhǎng)第一電極的面積；

4)將10層石墨烯轉(zhuǎn)移至碲鎘汞層上；

5)在石墨烯上滴涂砷化鎵量子點(diǎn)溶液，并在石墨烯層上預(yù)留生長(zhǎng)第二電極的面積；所述砷化鎵量子點(diǎn)直徑為1nm-1μm；

6)在石墨烯上預(yù)留面積處以及鎳金屬層上預(yù)留面積處絲網(wǎng)印刷銀電極；得到砷化鎵量子點(diǎn)增強(qiáng)的石墨烯/碲鎘汞紅外探測(cè)器。

實(shí)施例5：

1)將聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯襯底在去離子水中清洗干凈并吹干；

2)在聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯襯底上利用脈沖激光沉積100納米厚的摻鋁砷化鎵；

3)在摻鋁砷化鎵層上利用蒸汽壓沉積技術(shù)沉積10微米厚的碲鎘汞層，并在摻鋁砷化鎵上預(yù)留生長(zhǎng)第一電極的面積；

4)將8層石墨烯轉(zhuǎn)移至碲鎘汞層上；

5)在石墨烯上旋涂砷化鎵量子點(diǎn)溶液，并在石墨烯層上預(yù)留生長(zhǎng)第二電極的面積；所述砷化鎵量子點(diǎn)直徑為1nm-1μm；

6)在石墨烯層預(yù)留面積處以及摻鋁砷化鎵層預(yù)留面積處熱蒸發(fā)鈀、銀、鈦復(fù)合電極；得到砷化鎵量子點(diǎn)增強(qiáng)的石墨烯/碲鎘汞紅外探測(cè)器。

實(shí)施例6：

1)將碳化硅襯底在去離子水中清洗干凈并吹干；

2)在碳化硅襯底上利用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積150納米厚的摻鋁砷化鎵；

3)在摻鋁砷化鎵層上利用蒸汽壓沉積技術(shù)沉積3微米厚的碲鎘汞層，并在摻鋁砷化鎵層上預(yù)留生長(zhǎng)第一電極的面積；

4)將6層石墨烯轉(zhuǎn)移至碲鎘汞層上；

5)在石墨烯上制備砷化鎵量子點(diǎn)薄膜，并在石墨烯層上預(yù)留生長(zhǎng)第二電極的面積；

6)在石墨烯層預(yù)留面積處以及摻鋁砷化鎵層預(yù)留面積處熱蒸發(fā)鉻、鎳復(fù)合電極；得到砷化鎵量子點(diǎn)增強(qiáng)的石墨烯/碲鎘汞紅外探測(cè)器。