一种金刚石辐射探测器及其制备方法

摘要

本发明涉及一种金刚石辐射探测器及其制备方法。具体地，在本发明中，所述金刚石辐射探测器具有优异的欧姆接触性能和X射线响应灵敏度。所述方法具有工艺简单、成本低、易于操作等特点，以所述方法可快速高效地制备石墨烯层和金刚石基材结合性能优异的石墨烯－金刚石异质结构，从而制备所述石墨烯－金刚石探测器。

权利要求

1.一种石墨烯－金刚石探测器，其特征在于，所述探测器包含石墨烯－金刚石异质结构和用于封装所述石墨烯－金刚石异质结构的外壳；

所述石墨烯－金刚石异质结构包含金刚石基材和结合于所述金刚石基材表面的第一石墨烯层和第二石墨烯层，所述第一石墨烯层和所述第二石墨烯层均是在所述金刚石基材表面原位生长得到的；

所述石墨烯层为单层石墨烯；

所述探测器是如下制备的：

i）提供石墨烯－金刚石异质结构和外壳；

ii）使用所述外壳封装所述石墨烯－金刚石异质结构，得到所述石墨烯－金刚石探测器；

所述石墨烯－金刚石异质结构是如下制备的：

1）提供镀膜金刚石和刻蚀液；

2）高温处理所述镀膜金刚石，得到经处理的镀膜金刚石；

3）使用所述刻蚀液刻蚀处理步骤2）所得经处理的镀膜金刚石，得到所述石墨烯－金刚石异质结构；

在所述高温处理过程中，处理腔内的压强为0.11-0.14Torr；

所述镀膜金刚石包含金刚石基体和镀覆于所述金刚石基体表面的金属介质膜。

2.如权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述单层石墨烯层的厚度为0.1-0.5 nm。

3.如权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述单层石墨烯层的厚度为0.2-0.4nm。

4.如权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述石墨烯层和所述金刚石基材的结合方式选自下组：

1）所述第一石墨烯层和所述第二石墨烯层分别结合于所述金刚石基材的两个相对的主表面上；

2）所述第一石墨烯层和所述第二石墨烯层结合于所述金刚石基材的一个主表面上，且两个石墨烯层之间不直接接触。

5.如权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述石墨烯层和所述金刚石基材的结合方式如下：所述第一石墨烯层和所述第二石墨烯层设置于所述金刚石基材的一个主表面上，所述第一石墨烯层为平行间隔设置的多个石墨烯覆层，所述第二石墨烯层为口字形石墨烯覆层，并且所述第一石墨烯层位于所述第二石墨烯层的口字形内，并且所述第一石墨烯层和所述第二石墨烯层不直接接触。

6.如权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述石墨烯层和所述金刚石基材的结合方式如下：所述第一石墨烯层和所述第二石墨烯层设置于所述金刚石基材的一个主表面上，所述第一石墨烯层和所述第二石墨烯层均为叉指结构，且所述第一石墨烯层和所述第二石墨烯层交叉设置，并且所述第一石墨烯层和所述第二石墨烯层不直接接触。

7.如权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述外壳内具有引脚，且所述外壳和所述石墨烯－金刚石异质结构是如下结合的：所述石墨烯－金刚石异质结构的第一石墨烯层与所述外壳的引脚通过焊丝或者导电胶焊接结合，所述石墨烯－金刚石异质结构的第二石墨烯层与所述外壳的内底面通过导电胶或者焊丝焊接结合。

8.如权利要求1所述的探测器，其特征在于，所述探测器具有选自下组的一个或多个特征：

1）加偏压后，所述探测器的暗电流和所述偏压基本呈线性关系；

2）所述探测器对于X射线具有3.4×10-20 2.9×10-1库伦/格瑞的响应灵敏度。

~

9.一种权利要求1所述的石墨烯－金刚石探测器的制备方法，其特征在于，所述方法包括步骤：i）提供石墨烯－金刚石异质结构和外壳；

ii）使用所述外壳封装所述石墨烯－金刚石异质结构，得到所述石墨烯－金刚石探测器；

所述石墨烯－金刚石异质结构是如下制备的：

1）提供镀膜金刚石和刻蚀液；

2）高温处理所述镀膜金刚石，得到经处理的镀膜金刚石；

3）使用所述刻蚀液刻蚀处理步骤2）所得经处理的镀膜金刚石，得到所述石墨烯－金刚石异质结构；

在所述高温处理过程中，处理腔内的压强为0.11-0.14Torr；

所述镀膜金刚石包含金刚石基体和镀覆于所述金刚石基体表面的金属介质膜。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述高温处理过程中，处理腔内的压强为0.11Torr。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述高温处理过程中，处理腔内的压强为

0.12Torr。

12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述高温处理的处理温度为750-1200℃；

和/或

所述高温处理在所述处理温度下的处理时间为1-240min。

说明书

一种金刚石辐射探测器及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及材料领域，具体地涉及一种金刚石辐射探测器及其制备方法。

背景技术

[0002] 金刚石材料的禁带宽度大、载流子迁移率高、击穿电场强度高，同时可以耐受高温高压，可在极端环境中运作。金刚石探测器具有噪声低、漏电流小、抗辐射能力强、时间响应快等优点。

[0003] 然而，欧姆接触是探测器件开发的瓶颈问题。为了将产生的电子-空穴对引到外部电路，形成电信号，需要给金刚石加上合适的电极，使电极和金刚石间形成良好的电接触-非整流(欧姆)接触。欧姆接触不会产生明显的附加阻抗,而且不使内部的平衡载流子浓度发生明显的改变。欧姆接触具有线性对称电流-电压的关系,其特点是不具有势垒,具有极高的表面复合速度。但是，金刚石是一种宽禁带(5.5eV)材料，金刚石与金属接触时，容易因为界面势垒形成肖特基(Schottky)整流接触。而且金刚石表面难以实现高剂量掺杂，因此要在金刚石上制作具有欧姆接触的电极是相当困难的。

[0004] 石墨烯以其优异的物理特性而受到广泛关注。石墨烯为碳-碳原子以sp2键结，形成蜂巢状规则排列，且仅有单原子厚度的碳材料，具有许多前所未见的性质例如：超高载流子迁移率(2×106cm2/Vs，为硅的1,000倍)、超高热导率(理论值达5,300W/mK)、高透光度、机械性质优异、及具有常温量子霍尔效应等现象，可应用于超快电子组件、光伏电池电极、高灵敏传感器等范畴。相对于金刚石的sp3立体结构，石墨烯则周期性的sp2键结，两者晶格长度接近(差异约2％)，具有很好的适配性。另一特点是两种材料的热导率都非常高，做成组件时能提供有效散热途径，避免热失效。

[0005] 将石墨烯与金刚石搭配形成异质结构是近年发展起来的一种新型结构，目前仅有少数文献报导，显示其发展潜力雄厚。上海大学的发明专利(CN201610315723利用旋涂法将氧化石墨烯涂于金刚石薄膜上，然后还原氧化石墨烯得到石墨烯，再使用真空蒸镀或者电子束蒸发法在其表面制作金电极，制成石墨烯-金二层体系，并在氮气气氛下退火，形成欧姆接触电极。IBM团队于Nature上发表石墨烯射频组件论文，将CVD石墨烯以转印法贴于类金刚石碳膜(diamond-like carbon，DLC)基板上，制作成线宽40纳米的器件。相较于硅基板，DLC膜声子能量较高(165meV)，且载子陷阱密度较低，从而大幅提高石墨烯器件效能，其截止频率达155GHz。美国UC Riverside团队使用剥离法，将石墨烯贴于纳米金刚石薄膜上，发现其器件的载流容量(current-carrying capacity)比使用硅基板时要高20倍，达到18μ2
A/nm ，有利于发展高功率、大电流密度电子组件。石墨烯/金刚石异质结构不但无损石墨烯与金刚石的本质特征，且能藉由彼此的高导热效能，降低组件的噪声比，提高可靠度。然而，目前石墨烯通常得藉由铜箔催化CVD生长，因此必须从铜箔上转移至金刚石表面，转移过程存在容易污染、结构破坏、界面兼容性差、结合性低下等缺陷。

[0006] 基于此，本领域急需一种具有优异结合性能的石墨烯－金刚石异质结构以用于制备金刚石辐射探测器。

发明内容

[0007] 本发明的目的在于提供一种具有优异结合性能的石墨烯－金刚石异质结构以用于制备金刚石辐射探测器。

[0008] 本发明的第一方面，提供了一种石墨烯－金刚石探测器，所述探测器包含石墨烯－金刚石异质结构和用于封装所述石墨烯－金刚石异质结构的外壳。

[0009] 在另一优选例中，所述石墨烯－金刚石异质结构包含金刚石基材和结合于所述金刚石基材表面的第一石墨烯层和第二石墨烯层，所述第一石墨烯层和所述第二石墨烯层均是在所述金刚石基材表面原位生长得到的。

[0010] 在另一优选例中，所述“结合”为共价键结合。

[0011] 在另一优选例中，所述金刚石基材的厚度为0.1-10mm，较佳地0.2-5mm，更佳地0.3-3mm。

[0012] 在另一优选例中，所述石墨烯层为单层石墨烯、双层石墨烯或者多层石墨烯，优选为单层石墨烯。

[0013] 在另一优选例中，所述单层石墨烯层的厚度为0.1-0.5nm，较佳地0.2-0.4nm。

[0014] 在另一优选例中，所述石墨烯层和所述金刚石基材的结合为欧姆接触。

[0015] 在另一优选例中，所述石墨烯层和所述金刚石基材的结合方式选自下组：

[0016] 1)所述第一石墨烯层和所述第二石墨烯层分别结合于所述金刚石基材的两个相对的主表面上(如图5a)所示)；

[0017] 2)所述第一石墨烯层和所述第二石墨烯层结合于所述金刚石基材的一个主表面上，且两个石墨烯层之间不直接接触(如图5b)所示)；

[0018] 3)所述第一石墨烯层和所述第二石墨烯层设置于所述金刚石基材的一个主表面上，所述第一石墨烯层为平行间隔设置的多个(如3-20个)石墨烯覆层，所述第二石墨烯层为口字形石墨烯覆层，并且所述第一石墨烯层位于所述第二石墨烯层的口字形内，并且所述第一石墨烯层和所述第二石墨烯层不直接接触(如图5c)所示)；

[0019] 4)所述第一石墨烯层和所述第二石墨烯层设置于所述金刚石基材的一个主表面上，所述第一石墨烯层和所述第二石墨烯层均为叉指结构，且所述第一石墨烯层和所述第二石墨烯层交叉设置，并且所述第一石墨烯层和所述第二石墨烯层不直接接触(如图5d)所示)。

[0020] 在另一优选例中，所述外壳内具有引脚，且所述外壳和所述石墨烯－金刚石异质结构是如下结合的：所述石墨烯－金刚石异质结构的第一石墨烯层与所述外壳的引脚通过焊丝或者导电胶焊接结合，所述石墨烯－金刚石异质结构的第二石墨烯层与所述外壳的内底面通过导电胶或者焊丝焊接结合。

[0021] 在另一优选例中，所述外壳全封装所述石墨烯－金刚石异质结构。

[0022] 在另一优选例中，所述外壳的引脚贯穿所述外壳的表面，在所述外壳的外表面上有突出部分。

[0023] 在另一优选例中，所述外壳的内底面对应的外底面上设有第二引脚。

[0024] 在另一优选例中，所述外壳为选自下组的导电材料：

[0025] 1)铜、镍、或其合金；

[0026] 2)铜镀合金；

[0027] 3)导电橡胶；

[0028] 4)导电蒙布。

[0029] 在另一优选例中，所述探测器具有选自下组的一个或多个特征：

[0030] 1)加偏压后，所述探测器的暗电流和所述偏压基本呈线性关系；

[0031] 2)所述探测器对于X射线具有3.4×10-20～2.9×10-1库伦/格瑞的响应灵敏度。

[0032] 在另一优选例中，所述探测器是采用本发明第二方面所述的方法制备的。

[0033] 本发明的第二方面，提供了一种石墨烯－金刚石探测器的制备方法，所述方法包括步骤：

[0034] i)提供石墨烯－金刚石异质结构和外壳；

[0035] ii)使用所述外壳封装所述石墨烯－金刚石异质结构，得到所述石墨烯－金刚石探测器。

[0036] 在另一优选例中，所述石墨烯－金刚石异质结构是如下制备的：

[0037] 1)提供镀膜金刚石和刻蚀液；

[0038] 2)高温处理所述镀膜金刚石，得到经处理的镀膜金刚石；

[0039] 3)使用所述刻蚀液刻蚀处理步骤2)所得经处理的镀膜金刚石，得到所述石墨烯－金刚石异质结构。

[0040] 在另一优选例中，所述镀膜金刚石包含金刚石基体和镀覆于所述金刚石基体表面的金属介质膜。

[0041] 在另一优选例中，所述金属介质膜是通过选自下组的工艺镀覆于所述金刚石基体表面的：电子束蒸发、热蒸镀、磁控溅射、或其组合。

[0042] 在另一优选例中，所述金刚石基体选自下组：单晶、多晶、纳米晶。

[0043] 在另一优选例中，所述金刚石基体为单晶。

[0044] 在另一优选例中，所述金属介质膜的厚度为1－1000nm，较佳地3－500nm，更佳地5-200nm。

[0045] 在另一优选例中，所述金属介质膜为选自下组的过渡族金属膜：铜膜、镍膜、金膜、铂膜、铁膜、或其复合膜。

[0046] 在另一优选例中，所述刻蚀液的组成为：CuSO4+HCl+H20、(NH4)2S2O8+H2O。

[0047] 在另一优选例中，在所述刻蚀液中，CuSO4、HCl和H20的用量比为1-5g:3-10ml：3-10ml，较佳地1-3g：3-8ml：3-8ml。

[0048] 在另一优选例中，在所述刻蚀液中，(NH4)2S2O8和H20的用量比为4-28g:200-1200ml，较佳地1-14g：200-600ml。

[0049] 在另一优选例中，所述高温处理的处理温度为750-1200℃，较佳地800-1100℃，更佳地800-1050℃；和/或

[0050] 所述高温处理在所述处理温度下的处理时间为1-240min，较佳地10-120min，更佳地13-60min。

[0051] 在另一优选例中，所述高温处理在管式炉内进行。

[0052] 在另一优选例中，在所述高温处理过程中，在处理腔内持续通入H2，优选地，H2的通入量为3-20sccm，较佳地5-15sccm。

[0053] 在另一优选例中，在所述高温处理过程中，处理腔内的压强为0.05-0.5Torr，较佳地0.10-0.2Torr。

[0054] 在另一优选例中，所述刻蚀处理的处理时间为1-200min，较佳地10-180min，更佳地20-150min。

[0055] 应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。

附图说明

[0056] 图1为实施例1-9中所得石墨烯－金刚石异质结构的结构示意图。

[0057] 图2为实施例10所得石墨烯－金刚石探测器的结构示意图。

[0058] 图3为实施例10所得石墨烯-金刚石探测器1的暗电流随偏压的变化曲线图。

[0059] 图4为实施例10所得石墨烯-金刚石探测器1的灵敏度与X射线能量的变化关系图。

[0060] 图5为本发明石墨烯－金刚石异质结构的几种典型的位置设置示意图。

具体实施方式

[0061] 本发明人经过长期而深入的研究，意外地制备得到一种石墨烯层和金刚石基材结合性能优异的石墨烯－金刚石异质结构，所述制备方法以金刚石自身作为碳源，利用所述金刚石表面的金属介质膜的催化作用，在所述金刚石表面催化原位生长得到所述石墨烯层，从而得到所述石墨烯－金刚石异质结构。由于所述石墨烯层是在所述金刚石表面原位生长的，因此所述石墨烯层的成分较纯净、该石墨烯层与所述金刚石结合性能非常优异、所述石墨烯层的结构相对更加完整、且所述石墨烯层与所述金刚石的界面兼容性良好。进一步地，通过封装所述石墨烯－金刚石异质结构，得到本发明所述具有优异欧姆接触性能和X射线响应灵敏度的石墨烯－金刚石探测器。在此基础上，发明人完成了本发明。

[0062] 术语

[0063] 如本文所用，术语“石墨烯－金刚石异质结构”、“金刚石－石墨烯异质结构”或者“异质结构”可互换使用。

[0064] 如本文所用，术语“金刚石辐射探测器”和“石墨烯－金刚石探测器”可互换使用。

[0065] 金刚石辐射探测器

[0066] 本发明提供了一种石墨烯－金刚石探测器，所述探测器包含石墨烯－金刚石异质结构和用于封装所述石墨烯－金刚石异质结构的外壳。

[0067] 在本发明中，所述石墨烯－金刚石异质结构包含金刚石基材和结合于所述金刚石基材表面的第一石墨烯层和第二石墨烯层，所述第一石墨烯层和所述第二石墨烯层均是在所述金刚石基材表面原位生长得到的。

[0068] 在另一优选例中，所述金刚石基材的厚度没有特别限制，可根据实际需要在很大范围内进行调整，优选为0.1-10mm，较佳地0.2-5mm，更佳地0.3-3mm。

[0069] 典型地，所述石墨烯层为单层石墨烯、双层石墨烯或者多层石墨烯，优选为单层石墨烯。

[0070] 在另一优选例中，所述单层石墨烯层的厚度没有特别限制，可根据实际需要在很大范围内进行调整，优选为0.1-0.5nm，较佳地0.2-0.4nm。

[0071] 在另一优选例中，所述石墨烯层和所述金刚石基材的结合为欧姆接触。

[0072] 应理解，在本发明中，所述石墨烯层和所述金刚石基材的结合方式包括(但并不限于)下组：

[0073] 1)所述第一石墨烯层和所述第二石墨烯层分别结合于所述金刚石基材的两个相对的主表面上(如图5a)所示)；

[0074] 2)所述第一石墨烯层和所述第二石墨烯层结合于所述金刚石基材的一个主表面上，且两个石墨烯层之间不直接接触(如图5b)所示)；

[0075] 3)所述第一石墨烯层和所述第二石墨烯层设置于所述金刚石基材的一个主表面上，所述第一石墨烯层为平行间隔设置的多个(如3-20个)石墨烯覆层，所述第二石墨烯层为口字形石墨烯覆层，并且所述第一石墨烯层位于所述第二石墨烯层的口字形内，并且所述第一石墨烯层和所述第二石墨烯层不直接接触(如图5c)所示)；

[0076] 4)所述第一石墨烯层和所述第二石墨烯层设置于所述金刚石基材的一个主表面上，所述第一石墨烯层和所述第二石墨烯层均为叉指结构，且所述第一石墨烯层和所述第二石墨烯层交叉设置，并且所述第一石墨烯层和所述第二石墨烯层不直接接触(如图5d)所示)。

[0077] 图1为实施例1-9中所得石墨烯－金刚石异质结构的结构示意图。

[0078] 图2为实施例10所得石墨烯－金刚石探测器的结构示意图。

[0079] 应理解，所述探测器对于X射线、UV光、γ射线或α粒子具有很好的响应灵敏度。

[0080] 制备方法

[0081] 本发明还提供了一种石墨烯－金刚石探测器的制备方法，所述方法包括步骤：

[0082] i)提供石墨烯－金刚石异质结构和外壳；

[0083] ii)使用所述外壳封装所述石墨烯－金刚石异质结构，得到所述石墨烯－金刚石探测器。

[0084] 应理解，所述石墨烯－金刚石异质结构是如下制备的：

[0085] 1)提供镀膜金刚石和刻蚀液；

[0086] 2)高温处理所述镀膜金刚石，得到经处理的镀膜金刚石；

[0087] 3)使用所述刻蚀液刻蚀处理步骤2)所得经处理的镀膜金刚石，得到所述石墨烯－金刚石异质结构。

[0088] 典型地，所述镀膜金刚石包含金刚石基体和镀覆于所述金刚石基体表面的金属介质膜。

[0089] 在另一优选例中，所述金属介质膜是通过选自包括(但并不限于)下组的工艺镀覆于所述金刚石基体表面的：电子束蒸发、热蒸镀、磁控溅射、或其组合。

[0090] 在另一优选例中，所述金刚石基体选自下组：单晶、多晶、纳米晶。

[0091] 在另一优选例中，所述金刚石基体为单晶。

[0092] 在另一优选例中，所述金属介质膜的厚度为1－1000nm，较佳地3－500nm，更佳地5-200nm。

[0093] 在另一优选例中，所述金属介质膜为选自包括(但并不限于)下组的过渡族金属膜：铜膜、镍膜、金膜、铂膜、铁膜、或其复合膜。

[0094] 在本发明中，所述高温处理的处理温度为750-1200℃，较佳地800-1100℃，更佳地800-1050℃；和/或

[0095] 所述高温处理在所述处理温度下的处理时间为1-240min，较佳地10-120min，更佳地13-60min。

[0096] 在另一优选例中，所述高温处理在管式炉内进行。

[0097] 在另一优选例中，在所述高温处理过程中，在处理腔内持续通入H2，优选地，H2的通入量为3-20sccm，较佳地5-15sccm。

[0098] 在另一优选例中，在所述高温处理过程中，处理腔内的压强为0.05-0.5Torr，较佳地0.10-0.2Torr。

[0099] 在另一优选例中，所述刻蚀处理的处理时间为1-200min，较佳地10-180min，更佳地20-150min。

[0100] 在本发明中，所述方法的要点是利用氢气气氛下退火的方法在金刚石上原位生长强结合力的石墨烯层，形成石墨烯的欧姆接触电极。本发明的石墨烯欧姆接触电极结合力强，具有很好的欧姆接触特性，可明显提高所得器件的功能，且工艺简单。

[0101] 典型地，所述方法包括如下步骤：

[0102] (1)将金刚石进行清洗；

[0103] (2)将步骤(1)清洗并干燥的金刚石利用镀膜设备在其表面镀上1～1000nm厚度的金属介质膜；

[0104] (3)将步骤(2)中镀了金属介质膜的金刚石(包括单晶和多晶)放入管式炉中，快速升温至600～1150℃，然后退火1～240min，迅速冷却至室温，在管式炉中进行的整个反应过程仅仅持续通入1～150sccm的氢气；

[0105] (4)将步骤(3)中完成生长的样品放入刻蚀液中，进而将其表面残留的金属介质膜刻蚀掉，再用去离子水洗涤干净，得到金刚石-石墨烯异质结构；

[0106] (5)使用外壳封装所述金刚石-石墨烯异质结构，得到所述石墨烯－金刚石探测器。

[0107] 在本发明中，所述方法利用金属介质膜对金刚石的催化作用，在快速降温的条件下，金刚石原位形成石墨烯薄膜，最后再将所得样品表面残留的金属介质膜刻蚀掉，从而获得高性能的石墨烯电极。进一步地，通过封装形成石墨烯/金刚石探测器。石墨烯和金刚石之间形成良好的欧姆接触。

[0108] 应理解，在本发明中，可以根据实际需要制备石墨烯层和金刚石基材具有不同相对位置的石墨烯－金刚石异质结构，进而获得结构各异的石墨烯－金刚石探测器。具体地，通过调整金刚石基体表面所镀金属介质膜的位置可获得设置于不同位置的石墨烯层。石墨烯－金刚石异质结构的几种典型的位置设置如图5所示，其中a)为对面三明治结构、b)为光电导结构、c)为共面三明治结构、d)为叉指结构。以上述四种结构任一种组装获得的石墨烯－金刚石探测器均具有非常优异的欧姆接触性能和X射线响应灵敏度。

[0109] 与现有技术相比，本发明具有以下主要优点：

[0110] (1)所述方法具有工艺简单、成本低、易于操作等特点；

[0111] (2)所述方法可以有效地避免传统的石墨烯转移到金刚石表面造成的污染、结构破坏等问题；

[0112] (3)所述方法在金刚石上原位生长石墨烯层，因此，所述石墨烯层与所述金刚石的界面兼容性良好，且相比于使用外部碳源的情况，所述石墨烯层与所述金刚石的结合性能更加优异；

[0113] (4)由于所述石墨烯层与所述金刚石的结合性能更加优异，因此，包含本发明所述石墨烯－金刚石异质结构的电极具有优异的电学性能，当其与金属电极接触时，可避免因界面势垒所形成的肖特基(Schottky)整流接触；

[0114] (5)所述石墨烯-金刚石探测器具有很好的信噪比、耐辐照能力和响应速度。

[0115] 下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数按重量计算。

[0116] 除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。

[0117] 实施例1石墨烯－金刚石异质结构1

[0118] 将镀有5nm厚度镍膜的金刚石，放入管式炉内快速升温至1000℃，退火15min，然后迅速冷却至室温，整个生长阶段炉内只持续通入8sccm的H2，并且压强保持在0.11Torr。生长结束后将样品放入刻蚀液(CuSO4:HCl:H20＝1g:5ml:5ml)内刻蚀40min，将其表面残留的镍膜去除干净，得到石墨烯－金刚石异质结构1。其中，金刚石基材的厚度为0.3mm。

[0119] 拉曼表征显示：所述石墨烯－金刚石异质结构1在波数1580cm-1处有石墨烯的特征峰G峰，在波数2689cm-1处有石墨烯的特征峰2D峰，2D峰与G峰的比值为1.13，为单层石墨烯。石墨烯的厚度为0.3nm。石墨烯/金刚石(即石墨烯－金刚石异质结构)在酸碱中超声也不会破坏其结构。

[0120] 实施例2石墨烯－金刚石异质结构2

[0121] 将镀有10nm厚度铜膜的金刚石，放入管式炉内快速升温至1000℃，退火15min，然后迅速冷却至室温，整个生长阶段炉内只持续通入8sccm的H2，并且压强保持在0.12Torr。生长结束后将样品放入刻蚀液(CuSO4:HCl:H20＝1g:5ml:5ml)内刻蚀40min，将其表面残留的铜膜去除干净，得到石墨烯－金刚石异质结构2。其中，金刚石基材的厚度为1mm。

[0122] 拉曼表征显示：所述石墨烯－金刚石异质结构2在波数1583cm-1处有石墨烯的特征峰G峰，在波数2692cm-1处有石墨烯的特征峰2D峰，2D峰与G峰的比值为1.20，为单层石墨烯。石墨烯的厚度为0.3nm。石墨烯/金刚石在酸碱中超声也不会破坏其结构。

[0123] 实施例3石墨烯－金刚石异质结构3

[0124] 将镀有100nm厚度铜/镍膜的金刚石，放入管式炉内快速升温至1000℃，退火15min，然后迅速冷却至室温，整个生长阶段炉内只持续通入8sccm的H2，并且压强保持在
0.13Torr。生长结束后将样品放入刻蚀液((NH4)2S2O8:H20＝4g:200ml)内刻蚀40min，将其表面残留的铜/镍膜去除干净，得到石墨烯－金刚石异质结构3。其中，金刚石基材的厚度为
1mm。

[0125] 拉曼表征显示：所述石墨烯－金刚石异质结构3在波数1586cm-1处有石墨烯的特征-1峰G峰，在波数2692cm 处有石墨烯的特征峰2D峰，2D峰与G峰的比值为0.75，为多层石墨烯。
石墨烯的厚度为0.9nm。石墨烯/金刚石在酸碱中超声也不会破坏其结构。

[0126] 实施例4石墨烯－金刚石异质结构4

[0127] 将镀有100nm厚度铜/镍膜的金刚石，放入管式炉内快速升温至950℃，退火15min，然后迅速冷却至室温，整个生长阶段炉内只持续通入8sccm的H2，并且压强保持在0.13Torr。生长结束后将样品放入刻蚀液(CuSO4:HCl:H20＝1g:5ml:5ml)内刻蚀40min，将其表面残留的铜/镍膜去除干净，得到石墨烯－金刚石异质结构4。其中，金刚石基材的厚度为
0.5mm。

[0128] 拉曼表征显示：所述石墨烯－金刚石异质结构4在波数1580cm-1处有石墨烯的特征峰G峰，在波数2692cm-1处有石墨烯的特征峰2D峰，2D峰与G峰的比值为0.90，为多层石墨烯。石墨烯的厚度为1.2nm。石墨烯/金刚石在酸碱中超声也不会破坏其结构。

[0129] 实施例5石墨烯－金刚石异质结构5

[0130] 将镀有10nm厚度铜/镍膜的金刚石，放入管式炉内快速升温至1050℃，退火15min，然后迅速冷却至室温，整个生长阶段炉内只持续通入8sccm的H2，并且压强保持在0.12Torr。生长结束后将样品放入刻蚀液(CuSO4:HCl:H20＝1g:5ml:5ml)内刻蚀40min，将其表面残留的铜膜去除干净，得到石墨烯－金刚石异质结构5。其中，金刚石基材的厚度为
1mm。

[0131] 拉曼表征显示：所述石墨烯－金刚石异质结构5在波数1583cm-1处有石墨烯的特征-1峰G峰，在波数2696cm 处有石墨烯的特征峰2D峰，2D峰与G峰的比值为0.80，为多层石墨烯。
石墨烯的厚度为0.6nm。石墨烯/金刚石在酸碱中超声也不会破坏其结构。

[0132] 实施例6石墨烯－金刚石异质结构6

[0133] 将镀有5nm厚度镍膜的金刚石，放入管式炉内快速升温至800℃，退火15min，然后迅速冷却至室温，整个生长阶段炉内只持续通入10sccm的H2，并且压强保持在0.11Torr～0.14Torr。生长结束后将样品放入刻蚀液((NH4)2S2O8:H20＝8g:600ml)内刻蚀40min，将其表面残留的镍膜去除干净，得到石墨烯－金刚石异质结构6。其中，金刚石基材的厚度为
0.5mm。

[0134] 拉曼表征显示：所述石墨烯－金刚石异质结构6在波数1582cm-1处有石墨烯的特征峰G峰，在波数2693cm-1处有石墨烯的特征峰2D峰，2D峰与G峰的比值为1.80，为单层石墨烯。

[0135] 实施例7石墨烯－金刚石异质结构7

[0136] 将镀有20nm厚度镍膜的金刚石，放入管式炉内快速升温至1050℃，退火30min，然后迅速冷却至室温，整个生长阶段炉内只持续通入10sccm的H2，并且压强保持在0.11Torr～0.14Torr。生长结束后将样品放入刻蚀液(CuSO4:HCl:H20＝1g:5ml:5ml)内刻蚀40min，将其表面残留的镍膜去除干净，得到石墨烯－金刚石异质结构7。其中，金刚石基材的厚度为1mm。

[0137] 拉曼表征显示：所述石墨烯－金刚石异质结构7在波数1581cm-1处有石墨烯的特征-1峰G峰，在波数2688cm 处有石墨烯的特征峰2D峰，2D峰与G峰的比值为0.65，为多层石墨烯。

[0138] 实施例8石墨烯－金刚石异质结构8

[0139] 将镀有20nm厚度铜/镍膜的金刚石，放入管式炉内快速升温至1050℃，退火30min，然后迅速冷却至室温，整个生长阶段炉内只持续通入10sccm的H2，并且压强保持在0.11Torr～0.14Torr。生长结束后将样品放入刻蚀液(CuSO4:HCl:H20＝1g:5ml:5ml)内刻蚀
40min，将其表面残留的铜/镍膜去除干净，得到石墨烯－金刚石异质结构8。其中，金刚石基材的厚度为0.5mm。

[0140] 拉曼表征显示：所述石墨烯－金刚石异质结构8在波数1580cm-1处有石墨烯的特征峰G峰，在波数2695cm-1处有石墨烯的特征峰2D峰，2D峰与G峰的比值为0.78，为多层石墨烯。

[0141] 实施例9石墨烯－金刚石异质结构9

[0142] 将镀有30nm厚度镍膜的金刚石，放入管式炉内快速升温至1000℃，退火30min，然后迅速冷却至室温，整个生长阶段炉内只持续通入10sccm的H2，并且压强保持在0.11Torr～0.14Torr。生长结束后将样品放入刻蚀液(CuSO4:HCl:H20＝1g:5ml:5ml)内刻蚀40min，将其表面残留的镍膜去除干净，得到石墨烯－金刚石异质结构9。其中，金刚石基材的厚度为1.5mm。

[0143] 拉曼表征显示：所述石墨烯－金刚石异质结构9中，在波数1583cm-1处有石墨烯的特征峰G峰，在波数2694cm-1处有石墨烯的特征峰2D峰，2D峰与G峰的比值为0.80，为多层石墨烯。

[0144] 实施例10石墨烯－金刚石探测器

[0145] 使用外壳分别封装实施例1-9制备的石墨烯－金刚石异质结构1-9，得到石墨烯-金刚石探测器1－9。

[0146] 具体地，探测器的封装方法如下：将石墨烯-金刚石异质结构的一个石墨烯面和外壳的一个引脚用铂丝焊接，将石墨烯-金刚石异质结构的另一个石墨烯面整个面和外壳的底面用银胶焊接，外壳的底面和一个引脚用铂丝焊接。

[0147] 探测器的暗电流和灵敏度是探测器的重要性能参数。本发明中采用MOXTEK MagPro 60keV 12Watt X射线源，利用Agilent B2902A Precision Source/Measure Unit的测试仪器，探测器正面(射线入射面)接信号，探测器背面接高压，探测器处于避光中进行上述性能的检测。

[0148] 图3为实施例10所得石墨烯-金刚石探测器1的暗电流随偏压的变化曲线图。

[0149] 从图3可知：在偏压600V以内时，暗电流小于400nA，并且暗电流与电压具有良好的线性关系，这表明所述石墨烯-金刚石探测器中石墨烯和金刚石间获得了优异的欧姆接触。

[0150] 图4为实施例10所得石墨烯-金刚石探测器1的灵敏度与X射线能量的变化关系图。

[0151] 从图4可知：在3-20keV能量范围内，在30-150V电压范围内，探测器1具有3.4×10-9～2.9×10-8库伦/格瑞的响应灵敏度。

[0152] 石墨烯-金刚石探测器2-9具有与石墨烯-金刚石探测器1类似的性能。

[0153] 对比例1石墨烯-金刚石异质结构C1(退火温度低)

[0154] 将镀有5nm厚度镍膜的金刚石，放入管式炉内快速升温至400℃，退火15min，然后迅速冷却至室温，整个生长阶段炉内只持续通入8sccm的H2，并且压强保持在0.11Torr。生长结束后将样品放入刻蚀液(CuSO4:HCl:H20＝1g:5ml:5ml)内刻蚀40min，将其表面残留的镍膜去除干净，得到石墨烯－金刚石异质结构C1。

[0155] 经检测，所述石墨烯－金刚石异质结构C1中，金刚石基材上虽然能够生长石墨烯层，但是石墨烯层不连续，因此进一步以所述石墨烯－金刚石异质结构C1组装的石墨烯－金刚石探测器C1没有电性能，更没有探测信号。

[0156] 对比例2石墨烯－金刚石异质结构C2(退火时间短)

[0157] 将镀有5nm厚度镍膜的金刚石，放入管式炉内快速升温至800℃，退火10秒，然后迅速冷却至室温，整个生长阶段炉内只持续通入10sccm的H2，并且压强保持在0.11Torr～0.14Torr。生长结束后将样品放入刻蚀液(CuSO4:HCl:H20＝1g:5ml:5ml)内刻蚀40min，将其表面残留的镍膜去除干净，得到石墨烯－金刚石异质结构C2。

[0158] 经检测，所述石墨烯－金刚石异质结构C2中，金刚石基材上虽然能够生长石墨烯层，但是石墨烯层不连续，因此进一步以所述石墨烯－金刚石异质结构C2组装的石墨烯－金刚石探测器C2没有电性能，更没有探测信号。

[0159] 在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。