一种在应力为零的中性面上制备超柔性光探测器的方法
阅读说明：本技术 一种在应力为零的中性面上制备超柔性光探测器的方法 (Method for preparing ultra-flexible optical detector on neutral plane with zero stress ) 是由 王敏 陈红蕾 彭锐 叶传瑶 盛俊华 于 2019-08-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种在应力为零的中性面上制备超柔性光探测器的方法。材料弯曲时内部的中性力学平面上没有应变,采用该理论设计、测量制备的封装半导体薄膜光探测器在应变高达10%的情况下稳定工作,比外表面所能承受的应变大两个数量级。实际上,封装后的光探测器在弯曲过程中,只要衬底能够弯曲到目标弯曲曲率,器件都应该能稳定工作。同时,在弯曲1000小时或者弯曲10000次,都能表现出极稳定的光响应特性。这种结构的设计研究,有效解决了脆性光敏材料在柔性器件弯曲过程中断裂破损,导致器件无法工作的问题,将极大的推动柔性光探测器的应用。本发明提供的在应力为零的中性面上制备超柔性光探测器的方法工艺简单,成本低廉。(The invention discloses a method for preparing an ultra-flexible photodetector on a neutral plane with zero stress. The material has no strain on the internal neutral mechanical plane when being bent, and the packaged semiconductor film optical detector designed and measured by adopting the theory works stably under the condition that the strain is up to 10 percent and is two orders of magnitude larger than the strain which can be born by the outer surface. In fact, the packaged photodetector should be able to operate stably during the bending process, as long as the substrate is able to bend to the target bending curvature. Meanwhile, the optical response characteristics are very stable when the optical element is bent for 1000 hours or 10000 times. The design research of the structure effectively solves the problem that the device cannot work due to the fact that the brittle photosensitive material is broken and damaged in the bending process of the flexible device, and the application of the flexible light detector is greatly promoted. The method for preparing the ultra-flexible photodetector on the neutral plane with zero stress provided by the invention has the advantages of simple process and low cost.)
技术领域
本发明属于半导体材料技术领域，尤其涉及一种在应力为零的中性面上制备超柔性光探测器的方法。
背景技术
近年来，随着可穿戴电子设备技术的不断发展，人们对机械柔性光探测器的需求迅速增加，柔性光探测器已然成为研究的热点，特别是在医疗和安全领域。与传统刚性基板上的光探测器相比，柔性基板上器件在可弯曲、压缩和折叠方面具有灵活性，这使其在社会中的应用具有更好的研究前景。
目前，有关柔性光探测器的研究大多集中在光敏材料的研究。轻量化、高柔性的有机材料已被广泛应用于柔性光探测器。另一种方法是基于包括一维纳米结构和薄膜在内的无机材料制作柔性器件。在此，我们将重点放在光探测器的结构上，而不是光敏材料，以期待实现基于各种材料的高柔性器件。利用在应力为零的中性面上制备光探测器，材料弯曲时内部的中性力学平面上没有应变。使该种结构的器件在弯曲过程中，柔性器件几乎不受应变的影响，器件能稳定工作。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种在应力为零的中性面上制备超柔性光探测器的方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种在应力为零的中性面上制备超柔性光探测器的方法，包括以下步骤:
（1）准备柔性衬底PET：裁剪没有划痕且厚度为100 μm，尺寸为3.5×3.5 cm的PET，用丙酮、乙醇和去离子水各超声清洗5分钟后吹干，放置在加热台上烘烤使PET表面平整，将烘烤平整的PET放到等离子清洗机中高档清洗15分钟后取出。
（2）II - VI族半导体材料的蒸镀：将准备好的PET用高温胶带贴好固定在电子束蒸发镀膜机腔体的蒸发基板上。利用电子束蒸发镀膜法，低温条件60-100摄氏度下在PET上蒸镀II - VI族半导体材料，PET上制备出II - VI族半导体薄膜。
（3）II - VI族半导体薄膜光探测器的构筑：将蒸镀上的II - VI族半导体薄膜的PET固定在特制的电极掩膜板上，确定蒸镀电极的区域后，利用高温胶带将电极掩膜板粘贴固定在电子束蒸发镀膜机腔体的蒸发基板上，调节镀电极参数，蒸镀10 nm Cr/100 nm Au作为电极，构筑出II - VI族半导体薄膜光探测器件。
（4）器件上层粘贴PET：选取准备好的厚度相同的PET，利用匀胶机在PET表面旋涂上一层接近透明的UV 胶水，PET覆盖胶水的一面粘贴在构筑好的器件上表面，用365 nm的紫外灯照射PET三分钟，等待24小时使胶水风干固化，构筑出具有三明治对称结构特点光探测器。
所述PET厚度控制在100 μm。
所述PET在90 ℃的加热台上烘烤5分钟。
所述步骤2中蒸镀的半导体薄膜厚度为200 nm，速率为0.3-0.4 A/s。
所述步骤3中蒸镀Cr的速率为0.2-0.3 A/s，蒸镀Au的速率为0.4-0.5 A/s。
步骤（3）中所述的电极掩膜板的沟道宽度为50 μm。
所述步骤4中旋涂UV胶水的转速为2000转/10秒。
步骤（4）所述的上层PET宽度小于下层衬底PET宽度，露出光探测器件两边的部分电极。
本发明的优点是：
（1）柔性衬底PET具有透明、绝缘、质量轻、弯曲强度高、价格低廉等特点，在弯曲过程中不会发生断裂，变形等。
（2）电子束蒸发镀膜过程中衬底温度较低，有效的解决了柔性衬底PET对温度敏感，不耐高温的问题。
（3）电子束蒸发镀膜，膜厚精确，薄膜的结晶性良好。
（4）弯曲材料内部的中性力学平面上没有应变，采用该理论设计，构筑出三明治对称结构薄膜光探测器，上下层PET厚度，杨氏模量相同，此时器件制作在中性力学平面上，使半导体薄膜光探测器在受应变情况下，仍稳定工作，并且比传统光探测器件制作在外表面所能承受的应变大两个数量级；传统光探测器件卷曲条件下无法工作，但在应力为零的中性面上制备的光探测器，卷曲条件下不仅能正常工作，卷曲几千次或几百小时后，器件仍能稳定工作。上层PET具有封装功能，使器件不易氧化和脱落损坏，增加器件使用寿命。
具体实施方式
以下结合具体的实例对本发明的技术方案做进一步说明：
一种在应力为零的中性面上制备超柔性光探测器的方法，包括以下步骤：
（1）准备柔性衬底PET：裁剪没有划痕且厚度为100 μm，尺寸为3.5×3.5 cm的PET，用丙酮、乙醇和去离子水各超声清洗5分钟后吹干，放置在加热台上烘烤使PET表面平整，将烘烤平整的PET放到等离子清洗机中高档清洗15分钟后取出。
（2）II - VI族半导体材料的蒸镀：将准备好的PET用高温胶带贴好固定在电子束蒸发镀膜机腔体的蒸发基板上。利用电子束蒸发镀膜法，低温条件60-100摄氏度下在PET上蒸镀II - VI族半导体材料，PET上制备出II - VI族半导体薄膜。
（3）II - VI族半导体薄膜光探测器的构筑：将蒸镀上的II - VI族半导体薄膜的PET固定在特制的电极掩膜板上，确定蒸镀电极的区域后，利用高温胶带将电极掩膜板粘贴固定在电子束蒸发镀膜机腔体的蒸发基板上，调节镀电极参数，蒸镀10 nm Cr/100 nm Au作为电极，构筑出II - VI族半导体薄膜光探测器件。
（4）器件上层粘贴PET：选取准备好的厚度相同的PET，利用匀胶机在PET表面旋涂上一层接近透明的UV胶水，PET覆盖胶水的一面粘贴在构筑好的器件上表面，用365 nm的紫外灯照射PET三分钟，等待24小时使胶水风干固化，构筑出具有三明治对称结构特点光探测器。
所述PET厚度控制在100 μm。
所述PET在90 ℃的加热台上烘烤5分钟。
所述步骤2中蒸镀的半导体薄膜厚度为200 nm，速率为0.3-0.4 A/s。
所述步骤3中蒸镀Cr的速率为0.2-0.3 A/s，蒸镀Au的速率为0.4-0.5 A/s。
步骤（3）中所述的电极掩膜板的沟道宽度为50 μm。
所述步骤4中旋涂UV胶水的转速为2000转/10秒。
步骤（4）所述的上层PET宽度小于下层衬底PET宽度，露出光探测器件两边的部分电极。