一种石墨烯红外传感器结构制造技术

技术编号:19010656 阅读:54 留言:0更新日期:2018-09-22 10:19
本发明专利技术公开了一种石墨烯红外传感器结构,包括:石墨烯层;分设于石墨烯层上下表面上的第一铁电材料层、第二铁电材料层;其中,第一铁电材料层与第二铁电材料层的剩余极化方向相反,以进一步增强对石墨烯层内部载流子密度的影响,从而实现对红外信号的探测。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯红外传感器结构
本专利技术涉及半导体集成电路和传感器
,更具体地,涉及一种新型石墨烯红外传感器结构。
技术介绍
红外传感器是红外探测
中应用非常广泛的一种产品,其一般是采用在CMOS电路上集成MEMS微桥结构,利用热敏电阻(通常为负温度系数的非晶硅或氧化矾)吸收红外线,且通过CMOS电路将其变化的信号转化成电信号放大输出,据此来实现热成像功能。石墨烯材料是由单层石墨结构构成的,其具有极好的电学和光学性能,尤其是其载流子迁移率要远高于普通的Si材料,其理论计算值大约高于Si材料载流子迁移率1-2个数量级,因此石墨烯在CMOS晶体管中的应用备受关注。研究表明,石墨烯是目前已知迁移率较高的一种二维半导体材料,其迁移率在常温常压下为60000cm2V-1·S-1,且可弯曲,透光性好。采用石墨烯作为电流通道传输载流子,即在CMOS晶体管中将石墨烯用作沟道材料,可将红外传感器的反应速度呈几何级数加快,从而使得红外传感器的灵敏度大大提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种新型石墨烯红外传感器结构。为实现上述目的,本专利技术的技术方案如下:一种石墨烯红外传感器结构,包括:石墨烯层;分设于所述石墨烯层上下表面上的第一铁电材料层、第二铁电材料层;其中,所述第一铁电材料层与第二铁电材料层的剩余极化方向相反,以增强对石墨烯层内部载流子密度的影响,从而实现对红外信号的探测。优选地,所述第二铁电材料层的下表面上设有第一电极,所述石墨烯层的上表面两端上分设有第二电极,所述第一铁电材料层的上表面上设有第三电极。优选地,所述第一电极的面积大于石墨烯层和第二铁电材料层的面积,且其垂直投影完全包围石墨烯层和第二铁电材料层。优选地,所述第三电极与两个第二电极之间在垂直投影方向上存在部分交叠区域。优选地,所述第一铁电材料层的面积小于石墨烯层的面积,且其垂直投影容于石墨烯层以内;所述第二铁电材料层的面积大于石墨烯层的面积,且其垂直投影完全包围石墨烯层。优选地,还包括上下相连设置的第一介质层和第二介质层,所述第一介质层将石墨烯层、第二电极、第一铁电材料层、第三电极包容在其中,所述第二介质层将第二铁电材料层、第一电极包容在其中。优选地,还包括设于第一介质层表面上并分别连接第一电极、第二电极、第三电极的第一电极引出、第二电极引出、第三电极引出。优选地,所述第一电极引出、第二电极引出、第三电极引出分别通过通孔连接第一电极、第二电极、第三电极。优选地,所述第一铁电材料层和第二铁电材料层材料为PZT。优选地,所述石墨烯层还作为对第一铁电材料层和第二铁电材料层进行极化的初始电极。从上述技术方案可以看出,本专利技术利用石墨烯薄膜具有的优异光学性能,通过在石墨烯层的上下表面设置第一铁电材料层和第二铁电材料层,形成铁电材料叠层,并使铁电材料与石墨烯薄膜相接触,在红外传感器结构吸收红外光产生温度变化后,使得铁电材料的剩余极化发生变化,从而影响到石墨烯层的载流子密度,并产生电流变化;本专利技术利用石墨烯层上下表面铁电材料所具有的相反的剩余极化方向,来进一步增强对石墨烯层内部载流子密度的影响,从而实现对红外信号的探测。附图说明图1是本专利技术一较佳实施例的一种石墨烯红外传感器结构示意图;图2是图1中第一铁电材料层和第二铁电材料层产生相反剩余极化方向的示意图;图3是本专利技术的原理示意图。具体实施方式下面结合附图,对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明。需要说明的是,在下述的具体实施方式中,在详述本专利技术的实施方式时,为了清楚地表示本专利技术的结构以便于说明,特对附图中的结构不依照一般比例绘图,并进行了局部放大、变形及简化处理,因此,应避免以此作为对本专利技术的限定来加以理解。在以下本专利技术的具体实施方式中,请参阅图1,图1是本专利技术一较佳实施例的一种石墨烯红外传感器结构示意图。如图1所示,本专利技术的一种新型石墨烯红外传感器结构,包括:石墨烯层5,铁电材料层4和6等主要结构组成部分。请参阅图1。石墨烯层5采用石墨烯薄膜材料形成,并可通过现有常规技术进行制作。利用石墨烯材料所具有的高载流子迁移率特性,将其用作电流通道传输载流子,可以加快红外传感器的反应速度,提高红外传感器的灵敏度。铁电材料层4和6包括第一铁电材料层4和第二铁电材料层6。其中,第一铁电材料层4设于石墨烯层5的上方,并与石墨烯层5的上表面相贴合;第二铁电材料层6设于石墨烯层5的下方,并与石墨烯层5的下表面相贴合。在图示第二铁电材料层6的下表面上可设有第一电极1;在水平设置的石墨烯层5的上表面两端上可分别设置有第二电极2(左右各一个);在第一铁电材料层4的上表面上还设有第三电极3。请参阅图2,图2是图1中第一铁电材料层和第二铁电材料层产生相反剩余极化方向的示意图。如图2所示,分设于石墨烯层5上、下表面上的第一铁电材料层4与第二铁电材料层6的剩余极化方向相反(如图示箭头所指)。这样,可利用石墨烯层5上、下表面不同极化方向的第一铁电材料层4和第二铁电材料层6对石墨烯层5结构的导电特性进行影响和调制。石墨烯薄膜具有优异的光学性能,将铁电材料与石墨烯薄膜接触,在红外传感器结构吸收红外光产生温度变化后,铁电材料的剩余极化将发生变化,从而会影响到石墨烯材料的载流子密度,并产生电流变化。本专利技术通过在石墨烯薄膜的上、下表面设置铁电材料,形成铁电材料叠层结构,利用石墨烯层5上、下表面铁电材料相反的剩余极化方向,来进一步增强对石墨烯内部载流子密度的影响,从而实现对红外信号的探测。第一铁电材料层4和第二铁电材料层6材料可采用PZT(锆钛酸铅压电陶瓷),或者其他适用的铁电材料。请参阅图1。在上述红外传感器结构中,第一电极1的面积大于石墨烯层5和第二铁电材料层6的面积,且其垂直投影完全包围石墨烯层5和第二铁电材料层6。第一铁电材料层4的面积小于石墨烯层5的面积,且其垂直投影容于石墨烯层5以内。第二铁电材料层6的面积大于石墨烯层5的面积,且其垂直投影完全包围石墨烯层5。第三电极3与两个第二电极2之间在垂直投影方向上存在部分交叠区域,以保证调制后的信号传输到对应的电极引出端。这种设计结构即相当于MOS器件中栅极G与源、漏电极S、D之间的交叠。如果没有交叠,相当于调制后的信号传输过程中,需要经过一部分未经调制的石墨烯层5结构,这样在石墨烯层5两侧设有第一铁电材料层4和第二铁电材料层6的情况下,对信号的传输会造成一定的影响,如图3所示(图中的源、漏电极S、D相当于第二电极2,栅极G1相当于第三电极3,栅极G2相当于第一电极)。上述红外传感器结构中还可包括上下相连设置的第一介质层7和第二介质层8。其中,第一介质层7将石墨烯层5、第二电极2、第一铁电材料层4、第三电极3包容在其中;第二介质层8将第二铁电材料层6、第一电极1包容在其中。第一介质层7和第二介质层8紧密贴合在一起,可对整个红外传感器结构提供支撑和保护。在第一介质层7表面上还可设有第一电极引出9、第二电极引出10和12、第三电极引出11;第一电极引出9、第二电极引出10和12、第三电极引出11分别用于对第一电极1、两个第二电极2、第三电极3进行引出。其中,第一电极引出9、第二电极引出10和12、第三电极引出11可分别通过设于第一介质层7、第二介质层8中的通孔13、14和16、15连接第一电极1本文档来自技高网...
一种石墨烯红外传感器结构

【技术保护点】
1.一种石墨烯红外传感器结构,其特征在于,包括:石墨烯层;分设于所述石墨烯层上下表面上的第一铁电材料层、第二铁电材料层;其中,所述第一铁电材料层与第二铁电材料层的剩余极化方向相反,以增强对石墨烯层内部载流子密度的影响,从而实现对红外信号的探测。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯红外传感器结构,其特征在于,包括:石墨烯层;分设于所述石墨烯层上下表面上的第一铁电材料层、第二铁电材料层;其中,所述第一铁电材料层与第二铁电材料层的剩余极化方向相反,以增强对石墨烯层内部载流子密度的影响,从而实现对红外信号的探测。2.根据权利要求1所述的石墨烯红外传感器结构,其特征在于,所述第二铁电材料层的下表面上设有第一电极,所述石墨烯层的上表面两端上分设有第二电极,所述第一铁电材料层的上表面上设有第三电极。3.根据权利要求2所述的石墨烯红外传感器结构,其特征在于,所述第一电极的面积大于石墨烯层和第二铁电材料层的面积,且其垂直投影完全包围石墨烯层和第二铁电材料层。4.根据权利要求2所述的石墨烯红外传感器结构,其特征在于,所述第三电极与两个第二电极之间在垂直投影方向上存在部分交叠区域。5.根据权利要求1-4任意一项所述的石墨烯红外传感器结构,其特征在于,所述第一铁电材料层的面积小于石墨烯层的面积,且其垂直投影容于石墨烯层以内...

【专利技术属性】
技术研发人员:康晓旭
申请(专利权)人:上海集成电路研发中心有限公司
类型:发明
国别省市:上海,31

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