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基于二维层状薄膜材料p‑g‑n异质结光电子器件制造技术

技术编号:13176682 阅读:151 留言:0更新日期:2016-05-10 20:19
基于二维层状薄膜材料p‑g‑n异质结光电子器件,所述的光伏探测器包括在基底上设有自下到上的结构:衬底绝缘层,所述绝缘层包括二氧化硅、PMMA等柔性绝缘衬底;p‑型二维层状薄膜材料薄膜层,所述p‑型二维层状薄膜材料薄膜层叠放在一个确定层数的石墨烯上,n‑型二维层状薄膜材料薄膜叠放在上述石墨烯下,整个异质结器件层置于所述绝缘层上,石墨烯将两半导体层完全分隔开;所述顶栅绝缘层包括二氧化硅、三氧化二铝、二氧化铪等;顶栅金属电极层设置所述顶栅绝缘层上。所述的异质结探测器感器还包括:基底,设置在所述绝缘层下面。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于二维层状材料p-g-n异质结光电子技术,特别是关于一种基于p-g-n异质结光电流成像。
技术介绍
光电子探测器在日常生活和军事红外制导等方面都有广泛的应用。作为一种探测器,它能将光信号转变成电学信号,进而用来探测物体的位置形状。但是,应用最为广泛的红外探测器多数是使用在低温环境下。尤其是高灵敏红外探测器在航天航空领域里的人造地球卫星探测和红外成像系统等有着广阔的应用需求,以及高端武器平台上的红外预警与制导、红外侦察、红外通讯等,是国内外重点关注与投入的研究的重中之重,对发展尖端前沿科学技术、加强国防核心力量的建设具有举足轻重的意义。同时,高灵敏红外探测技术在工业、农业、医学、交通等各个行业和部门也有广大应用需求,如电力在线检测、矿产资源勘探、地下矿井测温和测气、地貌或环境监测、农作物或环保监测、红外医学诊断、铁路车辆轴温探测、气象预报等,使得红外探测技术发展成为军民两用技术。随着对光探测器性能要求的不断提高,传统的探测器已不足以应对。在这种背景下,二维层状薄膜材料的出现,给光探测器领域带了新的曙光。以硫化钼为例,这种新兴的二维碳原子层薄膜,表现出了强光与物质相作用,光吸收很强。又因为其优异的半导体电学特性和方便的微加工技术,基于二维层状薄膜材料异质结光探测器展现着巨大的潜力。光伏型的光电探测器是理想的探测器,光伏型器件是由于不同掺杂类型的半导体接触形成p-n结,或者是金属跟半导体接触形成肖脱基势皇。光电响应的机理是内建电场对光生电子空穴对的分离。然而在二维层状薄膜材料中实现原子层厚度的p-n结内建电场区几乎是原子尺度。同时,半导体材料有具有比较大的带隙。对光吸收有截止波段比较短,传统的硅探测器波段集中在可见波段和近红外波段。而另外一些铟镓砷等红外探测器探测波段比较长,缺点是需要低温才能正常工作。这些探测器都有明显的局限性和缺点。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种基于层状材料异质结的光电子器件,以减小探测器的体积感器的体积,并实现室温、宽波段和高灵敏探测器。为了实现上述目的,本专利技术技术方案是,一种基于层状材料异质结的光伏探测器,所述的光伏探测器包括在基底上设有自下到上的结构:衬底绝缘层,所述绝缘层包括二氧化硅、PMMA等柔性绝缘衬底;ρ-型二维层状薄膜材料薄膜层,所述ρ-型二维层状薄膜材料薄膜层叠放在一个确定层数的石墨烯上,η-型二维层状薄膜材料薄膜叠放在上述石墨烯下,整个异质结器件层置于所述绝缘层上,石墨烯将两半导体层完全分隔开;金属电极层,包括源电极层8及漏电极层6,所述源漏电极层分别设置在ρ-型二维层状薄膜材料和η-型二维层状薄膜材料半导体层上,并覆盖在所述二维层状薄膜材料薄膜层的一端上;顶栅绝缘层2,所述顶栅绝缘层包括二氧化硅、三氧化二铝、二氧化铪等;顶栅金属电极层7设置所述顶栅绝缘层上。所述的异质结探测器感器还包括:基底,设置在所述绝缘层下面。在一实施例中,所述半导体二维层状薄膜材料薄膜层为过渡金属硫族化合物、黑鱗等。在一实施例中,所述绝缘层为二氧化硅层、PMMA层或锗片。在一实施例中,所述石墨烯为CVD石墨烯或手撕的石墨烯。在一实施例中,所述绝缘层的厚度为300纳米。在一实施例中,所述顶栅绝缘层为10纳米二氧化铪。在一实施例中,所述源电极层由5nm厚的钯及50nm厚的金组成。在一实施例中,所述漏电极层由5nm厚的钛及50nm厚的金组成。为了实现上述目的,本专利技术实施例提供一种光电流成像测量系统,所述的光电流成像系统包括:电流放大器、云台、激光光源及电流表,其中,所述的异质结光电探测器包括:绝缘层,所述绝缘层为300纳米二氧化硅;衬底绝缘层,所述绝缘层包括二氧化硅、PMMA等柔性绝缘衬底;顶栅绝缘层,所述顶栅绝缘层包括二氧化硅、三氧化二铝、二氧化铪等;ρ-型二维层状薄膜材料薄膜层,所述ρ-型二维层状薄膜材料薄膜层叠放在一个确定层数的石墨烯上,η-型二维层状薄膜材料薄膜叠放在上述石墨烯下,整个异质结器件层置于所述绝缘层上,石墨烯将两半导体层完全分隔开;金属电极层,包括源电极层及漏电极层,所述源漏电极层分别设置在ρ-型二维层状薄膜材料和η-型二维层状薄膜材料半导体层上,并覆盖在所述二维层状薄膜材料薄膜层的一端上;所述顶栅金属电极层设置所述顶栅绝缘层上。在一实施例中,所述的异质结探测器感器还包括:基底,设置在所述绝缘层下面。光电流成像过程中,所述探测器放在云台上,入射光通过镜头聚焦在上述的探测器上,通过云台对不同区域的光进行聚焦,光强度不同产生光电流强度不同,利用所述电流放大器对光电流放大,通过不同区域的光电流对不同区域进行光电流成像。有益效果:本专利技术的异质结探测器不同于传统的探测器。首先,本专利技术的探测器以二维层状薄膜材料层作为光敏元件,不同于传统光探测元件,该异质结探测器可以做的非常小。其次,二维层状薄膜材料异质结中的石墨烯的无带隙能带结构可以吸收所有波段的光。从而实现宽波段光探测。本身二维层状薄膜材料如过渡金属硫化物石墨烯等对光吸收较强。最后,二维层状薄膜材料异质结可以有效抑制暗电流实现非常高的信噪比和微弱光探测。同时最重要的是探测器探测红外波段能够在室温工作。所述异质结在探测器在不加偏置电压情况下测试开光和关光时候电导的变化的光伏响应。通过改变照射光波长,获得不同波段的探测灵敏度。施加偏置电压后可以对物体做光电流成像。【附图说明】图1为本专利技术实施例一的基于层状材料的光电探测器的器件结构图;图2为本专利技术实施例一的基于层状材料的光电探测器的光电流成像系统图。【具体实施方式】下面将结合本专利技术实施例中的附图,对本专利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专利技术一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例,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,都属于本专利技术保护的范围。如图1所示,本专利技术实施例提供了一种基于层状材料异质结的光电探测器,所述的异质结的光电探测器包括:绝缘层1、2,金属电极层6、7、8及二维层状薄膜材料薄膜层3、4、5和基底层9。绝缘层1上放置3、4、5堆叠的异质结。源电极8和漏电极6分别设置在η-型二维层状薄膜材料薄膜层4和ρ-型二维层状薄膜材料薄膜层5上,高介电绝缘层2覆盖上述的异质结。顶栅电极7做在介电层2覆盖的异质结上。 在一实施例中,源电极层由5nm厚的钛及50nm厚的金组成,漏极层由5nm厚的钯及50nm厚的金组成。 p-g-n异质结探测器还包括:基底9,该基底9设置在绝缘层1下面,基底9可以为硅等绝缘性材料,本专利技术仅以硅为例进行说明。二维层状薄膜材料薄膜异质结层3、4、5为本专利技术的异质结p-g-n探测器的核心部分通过中间层石墨烯可以增加探测器的带宽和增加结区的宽度。当入射光波段在两种半导体吸收限以下后,响应主要是石墨烯对光的吸收。同时半导体结形成的内建电场有效的一直暗电流。使得器件获得较高的信噪比,在红外长波波段室温下有较高的光响应。本专利技术的异质结p-g-n探测器中的半导体二维层状薄膜材料薄膜层可以为掺杂石墨烯薄膜、过渡金属硫族化物、黑鳞、黑砷磷、氮化硼等。中间石墨烯层也可以用其他光吸收好的二维薄膜材料。本专利技术仅当前第1页1 2 本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种基于层状材料异质结的光伏探测器,其特征是所述的光伏探测器包括在基底上设有自下到上的结构:衬底绝缘层,所述绝缘层包括二氧化硅、PMMA等柔性绝缘衬底;p‑型二维层状薄膜材料薄膜层,所述p‑型二维层状薄膜材料薄膜层叠放在一个确定层数的石墨烯上,n‑型二维层状薄膜材料薄膜叠放在上述石墨烯下,整个异质结器件层置于所述绝缘层上,石墨烯将两半导体层完全分隔开;金属电极层,包括源电极层及漏电极层,所述源漏电极层分别设置在p‑型二维层状薄膜材料和n‑型二维层状薄膜材料半导体层上,并覆盖在所述二维层状薄膜材料薄膜层的一端上;顶栅绝缘层,所述顶栅绝缘层包括二氧化硅、三氧化二铝、二氧化铪;顶栅金属电极层设置所述顶栅绝缘层上;所述的异质结探测器感器还包括:基底,设置在所述绝缘层下面。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:缪峰龙明生
申请(专利权)人:南京大学
类型:发明
国别省市:江苏;32

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