收紫外光后產(chǎn)生的光電子束縛在P-DR1的能級中，以增加電子空穴的壽命，進一步提高光電響應靈敏度。作為優(yōu)選，所述p-DRl的摻雜比例可為4-6%，例如在本實施例中，可在C5-BTBT 中摻雜 5%的 p-DRl。
[0031]作為一優(yōu)選的實施方式，所述源、漏電極600可采用金屬電極，例如采用Au作為金屬電極材料，并通過真空蒸發(fā)方法淀積到石墨烯片上的有機薄膜左右兩端。
[0032]上述本發(fā)明的高靈敏度紫外光探測器的工作原理為:紫外光源通過器件的光學窗口到達器件。當有機物C5-BTBT吸收紫外光后，有機薄膜產(chǎn)生光電子(電子空穴對)，電子躍迀到有機薄膜導帶，空穴則在有機薄膜的價帶中；其中，當C5-BTBT中摻雜有有機物P-DR 1時，該摻雜有機物會在有機薄膜的能帶中產(chǎn)生缺陷態(tài)，從而將產(chǎn)生的光電子束縛在缺陷態(tài)中，使電子和空穴不易復合，增加電子空穴對壽命。空穴通過有機薄膜和石墨烯之間的勢皇產(chǎn)生量子隧穿效應隧穿到石墨烯的價帶中，一方面很好地隔離了電子和空穴，另一方面更增加了電子空穴的復合難度，可以使器件電流快速達到飽和，增加了器件的光電反應速度。
[0033]請參閱圖2，圖2是圖1中的高靈敏度紫外光探測器的探測電路結構示意圖。如圖2所示，紫外光源可通過器件的光學窗口到達器件(如圖示源、漏之間的空心箭頭所指)。在對紫外光進行探測時，將器件背柵極接地Vgs= 0，源、漏間加偏置Vds< 0。此時由于受到紫外光光照，有機薄膜瞬間產(chǎn)生電子空穴對，電子被束縛在摻雜有機物P-DR 1中，空穴經(jīng)過隧穿到達石墨烯價帶。通過兩端電極上的偏置，空穴在石墨烯中不斷產(chǎn)生，并由源端輸運到漏端，光電流形成。光電流隨著光強度的增大而增大，通過測試光電流的變化和外部電路的顯示即可得到紫外光的強度值。
[0034]當對背柵極加柵壓例如Vgs= -60V的脈沖電壓(1微秒)時，電子與空穴復合，重置器件。重復以上步驟，即可刷新數(shù)據(jù)。
[0035]下面通過具體的實施方式，對本發(fā)明的一種高靈敏度紫外光探測器的制造方法進行詳細的說明。
[0036]請參閱圖3，圖3是本發(fā)明一較佳實施例中的一種高靈敏度紫外光探測器的制造方法流程圖；并可同時參考圖1加以理解。以制備背柵型的紫外光探測器結構為例，如圖3所示，本發(fā)明的一種高靈敏度紫外光探測器的制造方法，可包括以下步驟:
[0037]如框01所示，步驟S01:提供一半導體襯底，在所述襯底上制備背柵和柵氧層。
[0038]作為一可選的實施方式，所述襯底不限于硅材料襯底，也可以為其他剛性襯底，還可以選用柔性襯底。在本實施例中，采用硅材料襯底，其厚度約為210nm。此外，也可以制備頂柵型的紫外光探測器結構。
[0039]如框02所示，步驟S02:制備由單層、雙層或多層石墨烯組成的石墨烯片，作為溝道材料。
[0040]可通過機械剝離方法來獲得高質量、層數(shù)均勻的單層或雙層石墨烯，構成石墨烯片；或者采用更為接近量化技術的CVD方法來獲得單層或多層石墨烯，構成石墨烯片。
[0041]如框03所示，步驟S03:將制備好的石墨烯片轉移到所述襯底上。
[0042]在轉移時，可利用光學顯微鏡找到石墨烯，并通過拉曼光譜方法確定石墨烯片的層數(shù)和均勻度。
[0043]如框04所示，步驟S04:在石墨烯片上制備紫外光吸收型有機薄膜。
[0044]可通過旋涂方式，在轉移后的石墨烯片上涂覆一層紫外光吸收型有機物成膜，該有機物例如可為 C5-BTBT (2, 7-dipentyl [l]benzothieno [3, 2_b] [l]benzoth1phene,2，7-二苯基[1]苯并噻吩[3，2-Β][1]苯并噻吩)；其中，旋涂速度可為2000rmp，時間為120s ;然后，在真空中干燥成型。
[0045]還可在C5-BTBT中摻雜p-DRl (disperse red 1，分散紅 1 ;分子式為C16H18N403)，摻雜比例可為4-6%，例如5%。當C5-BTBT吸收紫外光后，有機薄膜產(chǎn)生光電子(電子空穴對)，摻雜有機物P-DR 1可將產(chǎn)生的光電子束縛，使電子和空穴不易復合，增加電子空穴對壽命。
[0046]如框05所示，步驟S05:在有機薄膜上制備源、漏電極。
[0047]可通過真空蒸發(fā)方法，在石墨烯片上的有機薄膜兩端淀積電極金屬，例如淀積100nm的金屬金(Au)，形成源、漏金屬電極，并完成本發(fā)明高靈敏度紫外光探測器的制作。
[0048]綜上所述，本發(fā)明通過采用紫外光吸收型有機薄膜作為光電吸收層吸收紫外光，并采用具有高迀移率的石墨烯作為載流子輸運層傳輸載流子，從而可大大縮短光電反應時間、提高器件光電靈敏度；同時，石墨烯和有機薄膜作為柔性材料，也為器件的柔性集成化提供了一種可行方案。
[0049]以上所述的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，所述實施例并非用以限制本發(fā)明的專利保護范圍，因此凡是運用本發(fā)明的說明書及附圖內(nèi)容所作的等同結構變化，同理均應包含在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【主權項】
1.一種高靈敏度紫外光探測器，其特征在于，包括:一半導體襯底，建立在襯底上的柵極，以及形成溝道的石墨烯片；其中，石墨烯片上疊設有紫外光吸收型有機薄膜，石墨烯片的兩端耦合源、漏電極，并通過柵氧層與柵極隔離。2.根據(jù)權利要求1所述的紫外光探測器，其特征在于，所述有機薄膜為C5-BTBT。3.根據(jù)權利要求2所述的紫外光探測器，其特征在于，所述C5-BTBT中摻雜有p-DRl。4.根據(jù)權利要求3所述的紫外光探測器，其特征在于，所述p-DRl的摻雜比例為4-6%。5.根據(jù)權利要求1所述的紫外光探測器，其特征在于，所述石墨烯片為一至多層。6.根據(jù)權利要求1所述的紫外光探測器，其特征在于，所述源、漏電極為金屬電極。7.根據(jù)權利要求6所述的紫外光探測器，其特征在于，所述金屬電極材料為Au。8.一種高靈敏度紫外光探測器的制造方法，其特征在于，包括:提供一半導體襯底，在所述襯底上制備柵極和作為溝道的石墨烯片；在石墨烯片上形成紫外光吸收型有機薄膜，并在有機薄膜上制備源、漏電極。9.根據(jù)權利要求8所述的制作方法，其特征在于，石墨烯片溝道的制備方法包括:通過機械剝離方法或者CVD方法獲得單層、雙層或多層石墨烯片，將獲得的石墨烯片轉移到所述襯底上；形成紫外光吸收型有機薄膜的方法包括:在轉移后的石墨烯片上旋涂紫外光吸收型有機物成膜，并在真空中干燥成型；制備源、漏電極的方法包括:在有機薄膜的兩端通過真空蒸發(fā)方法淀積電極金屬，形成源、漏金屬電極。10.根據(jù)權利要求9所述的制作方法，其特征在于，所述襯底為剛性或柔性襯底，所述紫外光吸收型有機薄膜為摻雜有P-DR1的C5-BTBT，所述電極金屬為Au。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高靈敏度紫外光探測器，采用紫外光吸收型有機薄膜作為光電吸收層吸收紫外光，并采用具有高遷移率的石墨烯作為電流通道傳輸載流子，可大大縮短光電反應時間、提高器件光電靈敏度；同時，石墨烯和有機薄膜作為柔性材料，也為器件的柔性集成化提供了一種可行方案。
【IPC分類】H01L31/18, H01L31/09, H01L31/028
【公開號】CN105428435
【申請?zhí)枴緾N201510915735
【發(fā)明人】尚恩明, 胡少堅, 陳壽面
【申請人】上海集成電路研發(fā)中心有限公司
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年12月10日