一種高靈敏度紫外光探測(cè)器及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種高靈敏度紫外光探測(cè)器及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]紫外光波段一般分布在200nm?400nm，并且，通?？蓪⑵洳ǘ畏譃槿糠?，即:UVA 320?340nm、UVB 290nm?320nm和UVC 200?240nm。通常太陽(yáng)中的UVC會(huì)被臭氧層吸收掉，UVB會(huì)對(duì)表皮產(chǎn)生強(qiáng)烈的光損傷，UVA會(huì)穿過表皮進(jìn)入真皮，導(dǎo)致表皮老化和變
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[0003]紫外光探測(cè)器是探測(cè)器的一種，可以利用光敏元件通過光伏模式和光導(dǎo)模式將紫外光信號(hào)轉(zhuǎn)換為可測(cè)量的電信號(hào)。
[0004]在民用和軍事上，對(duì)紫外光的探測(cè)一直有著廣泛的應(yīng)用，并可根據(jù)紫外光的三個(gè)不同波段(即UVA、UVB和UVC)制作具有相應(yīng)波段屏蔽作用的紫外光探測(cè)器。高靈敏度的紫外光探測(cè)器在工業(yè)應(yīng)用上，可以進(jìn)行火災(zāi)預(yù)警、臭氧監(jiān)測(cè)等。而應(yīng)用到個(gè)人健康方面，可包括防范紫外光傷害、紫外光光療等等醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域。紫外光探測(cè)器在軍事上的應(yīng)用更加重要，主要可應(yīng)用在導(dǎo)彈制導(dǎo)、生化分析、紫外通訊等方面。
[0005]近年來(lái)，寬禁帶半導(dǎo)體(如GaN，InGaN)等靈敏度很高的紫外光探測(cè)器已逐步替代體積大、工作電壓高的真空管和在可見光區(qū)域有干擾的硅基紫外光探測(cè)器。
[0006]隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展、可穿戴設(shè)備的需求和柔性器件的研究和發(fā)展，由有機(jī)薄膜代替固體塊材作為溝道層的研究設(shè)計(jì)，為柔性器件集成提供了一種方案。
[0007]但是，傳統(tǒng)的有機(jī)薄膜也同時(shí)存在著響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、迀移率低的缺點(diǎn)。并且，在以往研究中，有機(jī)物光電探測(cè)器的光電高靈敏度和快速反應(yīng)不可兼得。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種高靈敏度紫外光探測(cè)器及其制作方法，可以大大縮短光電反應(yīng)時(shí)間并提高器件光電靈敏度。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0010]一種高靈敏度紫外光探測(cè)器，包括:一半導(dǎo)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(shè)有紫外光吸收型有機(jī)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。
[0011 ] 優(yōu)選地，所述有機(jī)薄膜為C5-BTBT。
[0012]優(yōu)選地，所述C5-BTBT中摻雜有p_DRl。
[0013]優(yōu)選地，所述p-DRl的摻雜比例為4-6 %。
[0014]優(yōu)選地，所述石墨烯片為一至多層。
[0015]優(yōu)選地，所述源、漏電極為金屬電極。
[0016]優(yōu)選地，所述金屬電極材料為Au。
[0017]—種高靈敏度紫外光探測(cè)器的制造方法，包括:提供一半導(dǎo)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(jī)薄膜，并在有機(jī)薄膜上制備源、漏電極。
[0018]優(yōu)選地，石墨烯片溝道的制備方法包括:通過機(jī)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(zhuǎn)移到所述襯底上；形成紫外光吸收型有機(jī)薄膜的方法包括:在轉(zhuǎn)移后的石墨烯片上旋涂紫外光吸收型有機(jī)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(jī)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。
[0019]優(yōu)選地，所述襯底為剛性或柔性襯底，所述紫外光吸收型有機(jī)薄膜為摻雜有p-DRl的C5-BTBT，所述電極金屬為Au。
[0020]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明通過采用紫外光吸收型有機(jī)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(yùn)層傳輸載流子，從而可大大縮短光電反應(yīng)時(shí)間、提高器件光電靈敏度；同時(shí)，石墨烯和有機(jī)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。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是本發(fā)明一較佳實(shí)施例中的一種高靈敏度紫外光探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2是圖1中的高靈敏度紫外光探測(cè)器的探測(cè)電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3是本發(fā)明一較佳實(shí)施例中的一種高靈敏度紫外光探測(cè)器的制造方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0025]需要說(shuō)明的是，在下述的【具體實(shí)施方式】中，在詳述本發(fā)明的實(shí)施方式時(shí)，為了清楚地表示本發(fā)明的結(jié)構(gòu)以便于說(shuō)明，特對(duì)附圖中的結(jié)構(gòu)不依照一般比例繪圖，并進(jìn)行了局部放大、變形及簡(jiǎn)化處理，因此，應(yīng)避免以此作為對(duì)本發(fā)明的限定來(lái)加以理解。
[0026]在以下本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】中，請(qǐng)參閱圖1，圖1是本發(fā)明一較佳實(shí)施例中的一種高靈敏度紫外光探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明的一種高靈敏度紫外光探測(cè)器，建立在一半導(dǎo)體襯底上，以具有背柵型的紫外光探測(cè)器結(jié)構(gòu)為例，包括:設(shè)于襯底100上的背柵200，并采用石墨烯片400作為形成溝道的材料。背柵200與石墨烯片溝道400之間通過柵氧層300進(jìn)行隔離。作為一可選的實(shí)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(shí)施例中，采用硅材料襯底100，其厚度約為210nm。此外，在本發(fā)明的高靈敏度紫外光探測(cè)器結(jié)構(gòu)中，也可以采用頂柵型結(jié)構(gòu)。
[0027]請(qǐng)繼續(xù)參閱圖1。在石墨烯片400上疊設(shè)有紫外光吸收型有機(jī)薄膜500，石墨烯片400的兩端耦合源(S)、漏(D)電極600。從而，本發(fā)明的高靈敏度紫外光探測(cè)器具有三層結(jié)構(gòu)，第一層是襯底層，包括襯底100、背柵200及柵氧層300 ;第二層是溝道層，可將通過機(jī)械剝離或者CVD方法得到的石墨烯片400轉(zhuǎn)移到硅襯底上作為溝道材料，并通過旋涂方法將有機(jī)物旋涂到石墨烯片400上形成紫外光吸收型有機(jī)薄膜500 ;第三層是電極層，包括源⑶、漏⑶電極600。
[0028]上述本發(fā)明的高靈敏度紫外光探測(cè)器，采用有機(jī)薄膜吸收紫外光，并采用石墨烯作為電流通道傳輸載流子。單層石墨烯由單層碳原子構(gòu)成，是目前已知迀移率較高的一種二維半導(dǎo)體材料，其迀移率在常溫常壓下為eoooocm、1.S1，且可彎曲，透光性好。將石墨烯應(yīng)用在本發(fā)明中作為溝道材料，可將紫外光探測(cè)器的反應(yīng)速度由秒量級(jí)提高到納秒量級(jí)，并使得靈敏度最高可以達(dá)到10~8A/W。
[0029]作為一優(yōu)選的實(shí)施方式，在上述本發(fā)明的高靈敏度紫外光探測(cè)器結(jié)構(gòu)中，所述有機(jī)薄膜可米用 C5-BTBT (2，7-dipentyl [l]benzothieno [3, 2_b] [l]benzoth1phene,2，7- 二苯基[1]苯并噻吩[3，2-B] [1]苯并噻吩)，其吸收紫外光波段約為280-370nm。由于C5-BTBT只吸收紫外光，因而器件就無(wú)需對(duì)光源進(jìn)行過濾。上述有機(jī)薄膜在吸收紫外光后產(chǎn)生的光載流子(主要是空穴)通過隧穿到石墨烯價(jià)帶中，石墨烯在器件中作為載流子輸運(yùn)層，從而可大大提高光感應(yīng)的靈敏度、縮短光電反應(yīng)時(shí)間。石墨烯和有機(jī)薄膜作為柔性材料，可以集成在剛性的硅襯底上，也可以集成在柔性襯底上，為器件的柔性化和小型化提供了一種可行方案。
[0030]作為一優(yōu)選的實(shí)施方式，所述石墨烯片400可為一至多層，即可由單層石墨烯構(gòu)成，也可由雙層石墨烯或多層石墨烯疊加起來(lái)構(gòu)成。所述C5-BTBT有機(jī)薄膜500中可摻雜有有機(jī)物p-DRl (disperse red 1，分散紅1 ;分子式為C16H18N403)，目的旨在將C5-BTBT吸