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石墨烯量子阱光探测器制造技术

技术编号:12889695 阅读:187 留言:0更新日期:2016-02-17 23:33
本发明专利技术公开了一种石墨烯量子阱光探测器,包括:第一压电层和第二压电层,所述第一压电层和所述第二压电层均由压电材料构成;量子阱层,所述量子阱层位于所述第一压电层和所述第二压电层之间,所述量子阱层包括两个半导体子层和位于两个半导体子层之间的石墨烯纳米带。本发明专利技术具有如下优点:利用量子阱的最优偏置电压,使得量子阱中的最高能级与导带边界对准形成最大的输出光电流,从而达到最大的探测灵敏度;利用压电电势,调节量子阱的偏置电压,从而提高单个量子阱的量子效率。

【技术实现步骤摘要】
石墨烯量子阱光探测器
本专利技术涉及半导体领域,具体涉及一种石墨烯量子阱光探测器。
技术介绍
在中光至远光波段发展较为成熟的传统探测器有碲化铟(InSb)光探测器,和碲镉汞(HgCdTe)光探测器。最近三十年来,随着低维材料技术的发展,出现了量子阱光探测器这一新技术,并且得到快速发展和广泛应用。与其他光技术相比,量子阱光探测器具有响应速度快、探测率高、探测波长调,抗辐射性强等优点,而且可以用分子束外延技术(MBE)或金属有机化学气相沉积(MOCVD)等先进工艺生长,容易做出高品质、大面积、均匀性强的探测器阵列。在所用的各种材料的中,砷化镓/铝镓砷(GaAs/AlxGa1-xAs)材料是应用最为广泛,技术最为成熟的。它就有很多优良特性,如电子迁移率高、禁带宽度大、具有直接跃迁的能带结构。目前基于GaAs的量子阱光探测器已经发展成为比较成熟的技术,人们已经利用它实现了对中、远光以至太赫兹等各个区域的覆盖。目前,中远光波段的主流光探测器,包括InSb光探测器、HgCdTe光探测器、量子阱光探测器都在低温下工作(通常低于100K),需要通过液氮杜瓦或循环制冷机制冷,严重限制了它们的广泛应用。此外,随着科技的发展,人们也对探测器的响应速度提出了很高的要求。在此前提下,急需出现一种灵敏度高的光探测器。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此,本专利技术的目的在于提出一种石墨烯量子阱光探测器,能够大幅提升的探测灵敏度。根据本专利技术实施例的石墨烯量子阱光探测器,包括:第一压电层和第二压电层,所述第一压电层和所述第二压电层均由压电材料构成;量子阱层,所述量子阱层位于所述第一压电层和所述第二压电层之间,所述量子阱层包括两个半导体子层和位于两个半导体子层之间的石墨烯纳米带。根据本专利技术实施例的石墨烯量子阱光探测器,利用量子阱的最优偏置电压,使得量子阱中的最高能级与导带边界对准形成最大的输出光电流,从而达到最大的探测灵敏度;利用压电电势,调节量子阱的偏置电压,从而提高单个量子阱的量子效率。另外,根据本专利技术上述实施例的石墨烯量子阱光探测器,还可以具有如下附加的技术特征:进一步地,所述石墨烯纳米带通过将生长在衬底上的石墨烯材料转移至所述半导体子层,并对所述石墨烯材料进行电子束光刻和干法刻蚀形成。进一步地,所述压电材料为压电陶瓷、氮化铝、氧化锌或聚偏氟乙烯。进一步地,所述半导体子层的材料为氧化锌或二硫化钼。附图说明图1是本专利技术实施例的石墨烯量子阱光探测器的结构示意图。附图标记:100-第一压电层,200-量子阱层,201-第一半导体子层,202-石墨烯纳米带,203-第二半导体子层,300-第二压电层。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本专利技术,而不能理解为对本专利技术的限制。下面结合附图描述本专利技术实施例的石墨烯量子阱光探测器。图1是本专利技术实施例的石墨烯量子阱光探测器的结构示意图。如图1所示,本专利技术实施例的石墨烯量子阱光探测器,包括第一压电层100、量子阱层200和第二压电层300。具体地,第一压电层100和第二压电层300均由压电材料构成。在本专利技术的一个实施例中,压电材料为压电陶瓷、氮化铝、氧化锌或聚偏氟乙烯,压电层材料使用磁控溅射、或者溶胶-凝胶法制备。量子阱层200位于第一压电层100和第二压电层300之间。量子阱层200包括顺序设置的第一半导体子层201、石墨烯纳米带202和第二半导体子层203,形成了一个“三明治”量子结构,可用于多种光电子器件中,例如量子阱红外光探测器。在本专利技术的一个实施例中,石墨烯纳米带202通过将生长在衬底上的石墨烯材料转移至半导体子层,并对石墨烯材料进行电子束光刻和干法刻蚀形成。在本专利技术的一个实施例中,第一半导体子层201、第二半导体子层203的材料为氧化锌或二硫化钼。本专利技术实施例的石墨烯量子阱光探测器,是基于量子阱的光学器件。由于存在最优偏置电压,使得量子阱中的最高能级与导带边界对准,此时器件有最大的输出光电流,从而达到最大的探测灵敏度。利用压电电势,调节量子阱的偏置电压,就可以提高单个量子阱的量子效率。因此,在光导器件中,压电电势能够提高光探测器的灵敏度。本专利技术的实施例还提供了一种墨烯量子阱光探测器的测试方法,通过外力使硅片弯曲,达到给压电材料施加应力的目的,考察器件在应力状态下的输出光电流,检测压电-光电子效应对器件灵敏度的影响。石墨烯作为零禁带材料,经过一定的调制可以形成窄禁带结构,且禁带宽度在一定条件下可调,故其制成的光探测器有很大的应用前景。另外,本专利技术实施例的墨烯量子阱光探测器的其它构成以及作用对于本领域的技术人员而言都是已知的,为了减少冗余,不做赘述。在本专利技术的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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,仅是为了便于描述本专利技术和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本专利技术的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。在本专利技术中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。在本专利技术中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触,或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本专利技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管上面已经示出和描述了本专利技术的实施本文档来自技高网...
石墨烯量子阱光探测器

【技术保护点】
一种石墨烯量子阱光探测器,其特征在于,包括:第一压电层和第二压电层,所述第一压电层和所述第二压电层均由压电材料构成;量子阱层,所述量子阱层位于所述第一压电层和所述第二压电层之间,所述量子阱层包括两个半导体子层和位于两个半导体子层之间的石墨烯纳米带。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯量子阱光探测器,其特征在于,包括:第一压电层和第二压电层,所述第一压电层和所述第二压电层均由压电材料构成;量子阱层,所述量子阱层位于所述第一压电层和所述第二压电层之间,所述量子阱层包括两个半导体子层和位于两个半导体子层之间的石墨烯纳米带。2.根据权利要求1所述的石墨烯量子阱光探测器,其特征在于,所述石...

【专利技术属性】
技术研发人员:卢琪伍晓明张进宇吴华强钱鹤余志平
申请(专利权)人:清华大学
类型:发明
国别省市:北京;11

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