一種基于金屬納米結(jié)構(gòu)的光吸收增強(qiáng)型石墨烯晶體管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種晶體管，尤其是涉及一種基于金屬納米結(jié)構(gòu)的光吸收增強(qiáng)型石墨烯晶體管，屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]和傳統(tǒng)的硅基晶體管的制備材料相比，石墨烯具有優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)及電學(xué)特性。石墨烯具有獨(dú)特二維平面結(jié)構(gòu)和狄拉克錐形電子能帶結(jié)構(gòu)、以及紫外到近紅外的寬譜光吸收特性，用石墨烯制作的光電探測(cè)器具有探測(cè)波譜范圍寬、超快響應(yīng)速度的工作特性。
[0003]另一方面，石墨烯主要是由單層或幾層碳原子薄膜支撐，是世界上最薄但最堅(jiān)硬的納米材料，其具有尚達(dá)約1.0TPa的楊氏t旲量，有很好的機(jī)械初性。將大面積生長(zhǎng)的石墨烯薄膜轉(zhuǎn)移到任意柔性材料上，可隨之彎曲、折疊，對(duì)石墨烯的柔性特征的應(yīng)用可獲得可彎曲可伸展的柔性光電器件。
[0004]如上所述，石墨烯的這些優(yōu)異的性能促使其在電子器件和光電器件領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。
[0005]但石墨烯的光吸收率僅有2.3%，其吸收率用于實(shí)際的光電轉(zhuǎn)換還不夠。如何提高石墨烯的光電流仍然是一個(gè)重要的問(wèn)題。在石墨烯層上覆蓋一層金屬納米顆粒后，因納米顆粒的曲率半徑很小，光照后納米顆粒的電場(chǎng)增強(qiáng)，使得石墨烯與電場(chǎng)之間耦合增強(qiáng)，光吸收率增大，器件的量子效率增大。
[0006]中國(guó)專利CN 104409498 A公布了一種石墨烯微分負(fù)阻晶體管，包括:背柵電極層、布置在背柵電極層上的絕緣層、布置在絕緣層的勢(shì)皇層、以及分別布置在勢(shì)皇層兩側(cè)的源極和漏極；其中，在勢(shì)皇層上表面形成有第一石墨烯層；在勢(shì)皇層下表面上布置有第二石墨烯層；而且，其中，第一石墨烯層接觸源極而不接觸漏極，第二石墨烯層接觸漏極而不接觸源極。源極、漏極和背柵電極層上分別加有第一正偏置電壓、第二負(fù)偏置電壓和第三正偏置電壓，使得在第一石墨烯層內(nèi)形成二維空穴氣，而且在第二石墨烯層內(nèi)形成二維電子氣。該專利公布的晶體管通過(guò)設(shè)置多層石墨烯來(lái)制備石墨烯微分負(fù)阻晶體管，在石墨烯的光吸收率以及器件的量子效率和光電增益上效果有待進(jìn)一步提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于金屬納米結(jié)構(gòu)的光吸收增強(qiáng)型石墨烯晶體管。
[0008]本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0009]—種基于金屬納米結(jié)構(gòu)的光吸收增強(qiáng)型石墨烯晶體管，包括由下到上依次設(shè)置的柔性襯底、金屬電極層、介質(zhì)層、石墨烯層及金屬納米顆粒層，在所述石墨烯層兩端分別生長(zhǎng)第一金屬電極與第二金屬電極，所述金屬電極層為柵極，第一金屬電極為源極，第二金屬電極為漏極，構(gòu)成MOS結(jié)構(gòu)；所述第一金屬電極和第二金屬電極之間設(shè)有提供偏壓的電壓源，通過(guò)調(diào)節(jié)所述偏壓來(lái)調(diào)制所述石墨烯層的光電流。
[0010]優(yōu)選地是，所述柔性襯底為超薄玻璃、高分子聚合物或金屬箔片，所述高分子聚合物選自聚酰亞胺(Polyimide)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)中的一種或幾種。
[0011]優(yōu)選地是，所述金屬電極層材料為金，厚度在200nm以內(nèi)。
[0012]優(yōu)選地是，所述介質(zhì)層材料為有機(jī)材料介質(zhì)層、透明Al2O3介質(zhì)層或鐵電介質(zhì)層中的一種，所述介質(zhì)層厚度在10nm以內(nèi)。
[0013]優(yōu)選地是，所述金屬納米顆粒層材料為金，厚度小于5nm。
[0014]優(yōu)選地是，所述第一金屬電極與第二金屬電極為透明導(dǎo)電材料，材質(zhì)包括氧化銦錫或氧化鋅招，厚度為10-200nm。
[0015]將石墨烯晶體管在200°C -300°C下退火30分鐘，退火后，因?yàn)榻饘偌{米顆粒層薄膜厚度很薄，金屬納米顆粒層受熱變成金屬納米顆粒。
[0016]所述柔性襯底、金屬電極層、介質(zhì)層、石墨稀層、金屬納米顆粒層、第一金屬電極和第二金屬電極所用材料均為可彎曲伸展的柔性材料。
[0017]石墨烯具有超高電子迀移率、很低的電阻率，但石墨烯的光吸收率僅有2.3%，其吸收率用于實(shí)際的光電轉(zhuǎn)換還不夠。如何提高石墨烯的光電流仍然是一個(gè)重要的問(wèn)題。在石墨烯層上覆蓋一層金屬納米顆粒后，因納米顆粒的曲率半徑很小，光照后納米顆粒的電場(chǎng)增強(qiáng)，使得石墨烯與電場(chǎng)之間耦合增強(qiáng)，光吸收率增大，石墨烯晶體管的量子效率增大。本發(fā)明不僅光譜帶寬、響應(yīng)迅速，同時(shí)具有較高的吸收率，及量子效率和增益。同時(shí)因發(fā)明中使用的主要材料均具有可彎曲特性，故本發(fā)明屬于柔性電子器件，晶體管的形狀可彎曲折疊，應(yīng)用靈活。
[0018]與目前通用的晶體管相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0019](—)本發(fā)明采用的材料均有可彎曲伸展的柔性特征，發(fā)明具有可彎曲折疊的優(yōu)點(diǎn)，在彎折后器件的電學(xué)性能保持不變。相對(duì)傳統(tǒng)的硅基晶體管，本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)柔性探測(cè)，便于攜帶，可伸縮，塑性強(qiáng)，可應(yīng)用在眾多新型領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0020](二)由于石墨烯的零禁帶的能帶特征，故本發(fā)明可以在很寬的波長(zhǎng)范圍(紫外到太赫茲)內(nèi)實(shí)現(xiàn)光電信息的存儲(chǔ)，轉(zhuǎn)換和探測(cè)。
[0021](三)石墨烯具有超高電子迀移率、很低的電阻率，但石墨烯的光吸收率僅有2.3%，其吸收率用于實(shí)際的光電轉(zhuǎn)換還不夠。在石墨烯層上覆蓋一層金屬納米顆粒后，因納米顆粒的曲率半徑很小，光照后納米顆粒的電場(chǎng)增強(qiáng)，使得石墨烯與電場(chǎng)之間耦合增強(qiáng)，光吸收率增大，器件的量子效率增大。本發(fā)明采用金屬納米結(jié)構(gòu)增加了石墨烯的光吸收率，提高了器件的量子效率和光電增益。本發(fā)明不僅光譜帶寬、響應(yīng)迅速，同時(shí)具有較高的吸收率及量子效率和增益。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本發(fā)明的基于金屬納米結(jié)構(gòu)的光吸收增強(qiáng)型石墨烯晶體管結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0024]實(shí)施例
[0025]—種基于金屬納米結(jié)構(gòu)的光吸收增強(qiáng)型石墨烯晶體管，如圖1所示，包括由下到上依次設(shè)置的柔性襯底1