一种便携式石墨烯电极阵列传感器的制作方法

1.本发明涉及阵列传感器技术领域，具体涉及一种便携式石墨烯电极阵列传感器。


背景技术：

2.目前发展的常规的石墨烯制备方法有:微机械剥离、热解碳化硅(sic)、在过渡金属及重金属上的化学气相沉积(cvd)以及化学插层氧化法，其中cvd方法是宏量制备较高质量石墨烯的最可靠的方法。目前cvd方法主要在过渡金属上制备石墨烯，石墨烯生长完成以后为了满足不同的应用需求需要将制备的石墨烯转移到相应的绝缘衬底上，石墨烯的转移过程本身是一个复杂且高成本的过程，这对于大规模量产是非常不利的；同时在转移过程中缺陷及杂质引入不可避免，这大大降低了石墨烯质量。
3.为提高石墨烯质量及降低生产成本，直接在绝缘衬底上生长石墨烯避免转移过程是可能的解决方案之一。但是绝缘衬底和石墨烯材料，有着不同晶格常数和热膨胀系数且缺乏催化性能,因此若直接生长石墨烯材料在绝缘衬底上,需要较长的生长时间，会形成缺陷并进一步影响生长的质量和器件的特性和性能。


技术实现要素：

4.因此，本发明的目的是提供一种便携式石墨烯电极阵列传感器，解决绝缘衬底和石墨烯材料，有着不同晶格常数和热膨胀系数且缺乏催化性能,需要较长的生长时间，形成缺陷并进一步影响生长的质量和器件的特性和性能的问题。
5.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
6.一种便携式石墨烯电极阵列传感器，包括阵列电路板，所述阵列电路板上设有若干通过阵列电路连接的石墨烯传感器单元，所述石墨烯传感器单元包括绝缘衬底，所述绝缘衬底上外延生长有活性层，所述活性层上外延生长有一层或多层异质量子点结构，所述异质量子点结构上外延生长有石墨烯层，所述石墨烯层为三维石墨烯纳米墙或二维石墨烯薄膜，其厚度为10-50nm。
7.可选地，所述异质量子点结构包括间隔设置的诱导层和间隔层，位于同层的所述诱导层相比所述间隔层靠近所述绝缘衬底一侧。
8.可选地，所述间隔层为gaas层，所述诱导层为inas层。
9.可选地，所述阵列电路板上开有凹槽，所述石墨烯传感器单元与所述阵列电路板贴合，并将所述凹槽遮蔽。
10.可选地，所述凹槽位于所述石墨烯传感器单元正中央，其面积为石墨烯传感器单元面积的25％-80％。
11.可选地，所述阵列电路包括纵向电路和横向电路，分布于各个石墨烯传感器单元之间，与各个石墨烯传感器单元两端连接，并通过模拟开关控制石墨烯传感器单元的选通。
12.可选地，所述石墨烯层上修饰有不同的反应膜层，分别制备为工作电极、对电极或参比电极。
13.本发明的有益效果：
14.通过多层量子点结构作为缺陷阻挡层，可有效阻挡位错缺陷的传播，进而降低半导体材料缺陷密度，因为在生长完第一层量子点后,透过较薄的间隔层作为阻挡层,使得在生长第二层量子点时,会感受到下面已有应力存在,有效减小诱导层的临界厚度，故在生长同样厚度的诱导层时,此结构能形成较大的量子点,此外,由于下头已有诱导层的应力存在,生长第二层诱导层量子点时,会在同位置形成第二层量子点，形成上下对齐的效果,如此可解决传统因量子点体积变大后因太密或太靠近而互相结合形成聚结点,造成材料缺陷，并大大加快了石墨烯层的生长速度，保证了石墨烯层的生长质量，而且根据需求在石墨烯层上修饰有不同的反应膜层，将石墨烯材料图案化、功能化，实现多维度的生物信号检测。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为本发明的一种实施方式的一种便携式石墨烯电极阵列传感器的结构示意图；
17.图2为本发明的一种实施方式的一种便携式石墨烯电极阵列传感器中石墨烯传感器单元的结构示意图。
18.附图标记说明：
19.1、阵列电路板；2、阵列电路；3、石墨烯传感器单元；31、绝缘衬底；32、活性层；33、异质量子点结构；331、诱导层；332、间隔层；34、石墨烯层；341、工作电极；342、对电极；343、参比电极；4、凹槽；5、模拟开关。
具体实施方式
20.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
21.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
22.在本技术中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或
位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本技术及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
23.并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本技术中的具体含义。
24.另外，术语“多个”的含义应为两个以及两个以上。
25.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
26.一种便携式石墨烯电极阵列传感器，如图1和图2所示，包括阵列电路板1，该阵列电路板1上设置有通过阵列电路2连接的石墨烯传感器单元3，具体地，石墨烯传感器单元3包括绝缘衬底31，然后在绝缘衬底31上外延生长一层活性层32，用来对外延生长的材料表面进行钝化，以利于量子点的形成，随之在活性层32相对绝缘衬底31一侧生长有一层或多层异质量子点结构33，最后在异质量子点结构33上外延生长石墨烯层34，石墨烯层34为三维石墨烯纳米墙或二维石墨烯薄膜，其厚度为10-50nm。其中异质量子点结构33包括间隔设置的诱导层331和间隔层332，位于同层的诱导层331相比间隔层332靠近绝缘衬底31一侧。因此，利用多层量子点结构作为缺陷阻挡层其效果更好，可有效阻挡位错缺陷的传播，进而降低半导体材料缺陷密度，因为在生长完第一层量子点后,透过较薄的间隔层332作为阻挡层,使得在生长第二层量子点时,会感受到下面已有应力存在,有效减小诱导层331的临界厚度，故在生长同样厚度的诱导层331时,此结构能形成较大的量子点,此外,由于下头已有诱导层331的应力存在,生长第二层诱导层331量子点时,会在同位置形成第二层量子点，形成上下对齐的效果,如此可解决传统因量子点体积变大后因太密或太靠近而互相结合形成聚结点,造成材料缺陷，并大大加快了石墨烯层34的生长速度，保证了石墨烯层34的生长质量。
27.在本发明此实施例中，间隔层332为gaas层，诱导层331为inas层，另外在其他实施例中，不局限使用inas/gaas作为量子点材料,亦可使用但不局限于ingaas/gaas；inalas/gaas；ingan/gan；inas/inp作为量子点材料，同时，关于量子点生长厚度、层数等条件,可依照选用材料的不同,和衬底晶格不匹配程度进行调整。
28.如图1和图2所示，根据需求在石墨烯层34上修饰有不同的反应膜层，将石墨烯材料图案化、功能化，分别制备为工作电极341、对电极342或参比电极343，可以用于实现多维度的生物信号检测。
29.如图1和图2所示，阵列电路板1上开有凹槽4，石墨烯传感器单元3与阵列电路板1贴合，并将凹槽4遮蔽，该凹槽4位于石墨烯传感器单元3正中央，其面积为石墨烯传感器单元3面积的25％-80％。另外，阵列电路2包括纵向电路和横向电路，分布于各个石墨烯传感器单元3之间，与各个石墨烯传感器单元3两端连接，并通过模拟开关5控制石墨烯传感器单元3的选通。
30.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。