PbSe量子點與石墨烯體異質(zhì)結光敏場效應管及制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及光敏場效應管領域，尤其涉及一種PbSe量子點與石墨烯混合材料的體異質(zhì)結光敏場效應管及其制備方法。
【背景技術】
[0002]場效應管發(fā)展至今，其基本的器件構成和工作原理類似，均包含三個電極，即源極、漏極和柵極。傳統(tǒng)的場效應晶體管是利用柵極電壓控制導電溝道中載流子數(shù)目實現(xiàn)其功能的。制作方法較為成熟，器件成型也較為穩(wěn)定。場效應晶體管同時具備了普通晶體管和電子管的優(yōu)點，并且自身還有很多獨特的性質(zhì)。從它的工作過程來看，場效應晶體管的源極和漏極是可以互換的，即場效應晶體管的源極和漏極具有對稱性，在實際使用過程中這一性質(zhì)避免了反接造成電路損壞的可能，普通晶體管是不容易做到的。其次，場效應晶體管的噪聲系數(shù)低，并且具有很強的防輻射能力。
[0003]但是隨著場效應管尺度的縮小，器件加工的均勻性問題變得越來越嚴重，器件的加工精度及摻雜均勻性也成為制約。當器件尺度達到納米尺寸時，器件中的摻雜原子數(shù)也將會降到幾百甚至幾十的程度。使得場效應管的電學特性穩(wěn)定性變差。
[0004]在傳統(tǒng)硅基器件日益趨近物理極限的背景下，含有量子點或者石墨烯的場效應管作為一種新型納米器件受到了廣泛關注。量子點的三個維度上的尺寸都在納米量級，從材料維數(shù)受限的角度來看，當材料在不同方向上的維度尺寸小于該材料的費米波長時，材料中電子在該方向上的運動受限，導致其物理特性、光學特性發(fā)生了很大的變化。其能級分布類似于原子能級分布，是離散化的。當量子點的尺寸越小，相鄰量子點之間的相對距離就會增大，載流子的迀移率也會隨之降低，不能高效率傳輸。而石墨烯本身作為一種碳的特殊結構，具有極高迀移率和高載流子速度，是世界上導電性最好的材料，電子在其中的運動速度達到了光速的1/300，遠遠超過了電子在一般導體中的運動速度。因此這一特性正彌補了量子點材料的缺陷。
[0005]量子點與石墨烯材料的結合，既綜合了量子點獨特的可調(diào)諧的光學特性、發(fā)光效率較高，又兼?zhèn)涫┎牧鲜覝貙щ娝俣茸羁?、導熱能力最強等?yōu)點，具有優(yōu)越的光可調(diào)諧性和光催化性，這也是改善電子-空穴電荷分離及其電子轉(zhuǎn)移效率的一條有效途徑，在柔性光電材料、太陽能電池、傳感探測等諸多領域中具有很好的應用前景，其中用來做場效應管的研宄近幾年也是日漸增多。
[0006]石墨烯材料與量子點材料的共同優(yōu)勢，可實現(xiàn)對入射光的快速響應，并且可以對相應波長進行寬帶寬調(diào)諧，在近紅外及中紅外波段均可實現(xiàn)較高的響應，已有實驗及前期工作也證明了這種器件可以在室溫下穩(wěn)定工作，不需要低溫條件的限制，因此對于這種新型量子點場效應管的器件化和產(chǎn)業(yè)化也奠定了堅實的可行性實踐基礎。在過去的幾年中，研宄人員已經(jīng)調(diào)查和研宄了多種不同的材料系統(tǒng)和納米結構，以制造新型的場效應晶體管(FET)，包括碳納米管(CNTs)和石墨烯，Si納米線和SiGe半導體場效應晶體管，以及Ge和InGaAs場效應管，基于各種新材料的場效應管也在不斷涌現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供了一種PbSe量子點與石墨烯體異質(zhì)結光敏場效應管及制備方法，本發(fā)明在入射光作用下可以實現(xiàn)量子點的高載流子濃度，以及通過石墨烯的高迀移率實現(xiàn)對載流子的傳輸，從而控制漏極的電流輸出，詳見下文描述:
[0008]一種PbSe量子點與石墨烯體異質(zhì)結光敏場效應管，包括:襯底層，所述襯底層上設置有二氧化硅層，所述二氧化硅層上設置有電極層，所述電極層作為整個場效應管的源極和漏極；在所述電極層的中間溝道位置設置有量子點與還原氧化石墨烯混合層，所述電極層的源極和漏極連接導電線，用于測試器件；
[0009]所述襯底層為高摻雜單晶娃層，厚度在300nm ;所述二氧化娃層的厚度為300nm。
[0010]一種PbSe量子點與石墨烯體異質(zhì)結光敏場效應管的制備方法，所述方法包括以下步驟:
[0011]對襯底層和二氧化硅層的制備；
[0012]對電極層的制備；
[0013]對量子點與還原氧化石墨烯混合層的制備；
[0014]其中，所述對電極層的制備具體為:
[0015]蒸鍍腔初步抽低真空，當真空度達到102Pa，自動進行分子泵抽真空，直到真空度值為3 X KT4Pa ;待環(huán)境壓強達到所需值后，逐步增加鎢舟電流，3分鐘調(diào)節(jié)一次，每次增加5?6A，同時觀察材料狀態(tài)變化；當電流至125A時，金屬達到沸騰狀態(tài)以后，觀察石英晶體監(jiān)測儀示數(shù)變化；當示數(shù)變化達到每秒1Hz時，迅速打開遮擋板，根據(jù)制膜厚度的要求，關閉擋板，此時完成蒸鍍過程，電極厚度在200nm ;
[0016]其中，所述對量子點與還原氧化石墨烯混合層的制備具體為:
[0017]設定勾膠臺轉(zhuǎn)速為2000rpm ;當轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，取一滴PbSe量子點和還原氧化石墨烯混合材料溶液滴于旋轉(zhuǎn)的器件上面，等待10秒到器件干燥，再依次滴三滴稀釋后的乙二硫醇溶液、兩滴乙腈溶液、兩滴甲苯溶液；每滴完一滴均需等待10秒，待干燥后進行下一滴。
[0018]本發(fā)明提供的技術方案的有益效果是:本發(fā)明在二氧化硅層上設置有電極層，電極層作為整個場效應管的源極和漏極；在電極層的中間溝道位置設置有量子點與還原氧化石墨烯混合層；電極層的源極和漏極連接導電線；又通過先蒸鍍電極后涂覆量子點層的方法巧妙的將PbSe量子點與還原氧化石墨烯均勻的混合材料涂覆在電極的中間溝道區(qū)域。該場效應管對紅外波段的入射光具有較高的響應度。
【附圖說明】
[0019]圖1為場效應管的正視圖；
[0020]圖2為場效應管的俯視圖；
[0021]圖3為制備方法的流程圖；
[0022]圖4為本發(fā)明實施例獲取到的量子點和石墨烯體異質(zhì)結光敏場效應管的示意圖。
[0023]附圖中，各標號所代表的部件列表如下:
[0024]1:襯底層；2: 二氧化硅層；
[0025]3:電極層；4:量子點與還原氧化石墨稀混合層。
【具體實施方式】
[0026]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。
[0027]實施例1
[0028]PbSe量子點與石墨烯的體異質(zhì)結光敏場效應管，整體結構由多層不同材質(zhì)復合組成，參見圖1和圖2，包括:襯底層1，襯底層I上設置有二氧化硅層2，二氧化硅層2上設置有電極層3，電極層3作為整個場效應管的源極和漏極；在電極層3的中間溝道位置設置有量子點與還原氧化石墨烯混合層4，電極層3的源極和漏極連接導電線，用于測試器件。
[0029]其中，襯底層I具體為高摻雜單晶硅層，厚度在300nm。二氧化硅層2為厚度為300nm的二氧化娃。
[0030]電極層3，該層在二氧化硅層2上方，是場效應管的源極和漏極，通過蒸鍍方法獲得，厚度為200nm，源極和漏極的材質(zhì)相同，結構一樣，兩電極可以互換使用，無需強調(diào)哪個是源極，哪個是漏極。
[0031]實施例2
[0032]本發(fā)明提供的PbSe量子點與石墨烯的體異質(zhì)結光敏場效應管是逐層制備的，基于該場效應管的特定結構，從襯底層到電極層需逐步進行制備，參見圖3，下面介紹該量子點和石墨烯光敏場效應管的制作過程:
[0033]101:對襯底層I和二氧化硅層2的制備；
[0034]該制備步驟采用本領域中的現(xiàn)有成熟技術即可，例如:金屬有機化合物化學氣相淀積(Metal-organicChemicalVaporDePosit1n縮寫為MOCVD)制備方法，襯底層I為高慘雜單晶娃，厚度為3 μ m，上層氧化的二氧化娃層2的厚度為300nm。
[0035]該步驟中的制備方法為本領域技術人員所公知，本發(fā)明實施例對此不做贅述。
[0036]102:對電極層3的制備；
[0037]在實際應用中電極可以設計為多種樣式，本發(fā)明實施例中