一种光电信息转换元件及其应用制造技术

本发明专利技术提供了一种光电信息转换元件，包括顶电极、介质层与底电极，其中介质层与底电极、顶电极中的至少一个电极构成肖特基结。该元件对光具有宽谱效应，当光照射时，结区光生空穴对肖特基结特性进行调控，从而持续改变元件电阻，并且通过控制照射光的强度和/或波长，能够对元件电阻进行多态调控；另外，通过施加一定的电压又能够将电子注入肖特基结界面处，从而使元件电阻恢复到初始状态。因此，该元件具有宽谱响应、可持续性的光电导，可应用于多功能光探测器、智能感光器、光信号运算器、光信息解码(或编码)器以及非易失性存储器等诸多领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光电信息转换
，特别是涉及一种宽谱响应，可持续性的光电信息转换元件及应用。
技术介绍
光电信息转换，即将光信号转换为电信号，是光互联芯片中重要的组成部分之一。而光电信息转换元件的性能决定其在光互联芯片中发挥的作用。当前光电信号转换通常是利用半导体材料的光电导特性，即光照可改变转换元件的电阻，光照停止，元件电阻即回复到初始状态，即转换元件没有持续光电导性能。若能通过元件材料的选则以及结构的设计，从本质上改变光电导的性能，使其具有如宽谱响应、持续性光电导等性能，将极大拓宽其应用，对于开发新型多功能信息光电子器件极为重要。
技术实现思路
本专利技术的技术目的是提供一种新型的光电信息转换元件，其具有宽谱响应，可持续性的光电导。为了实现上述技术目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种光电信息转换元件，包括底电极、顶电极以及位于底电极与顶电极之间的介质层；底电极、顶电极中至少一个电极是透明的；底电极、顶电极中至少一个电极与介质层的界面接触为肖特基接触，即，底电极与介质层的界面接触为肖特基接触；或者，顶电极与介质层的界面接触为肖特基接触；或者，底电极与介质层的界面接触为肖特基接触，并且顶电极与介质层的界面接触为肖特基接触；所述光电信息转换元件依次在无光照射、光照射、撤销光照射、施加电信号的条件下，发生如下转变：无光照射时，所述光电信息转换元件电阻为初始电阻，呈高阻状态；当光通过透明电极照射到所述光电信息转换元件时，该元件电阻降低，即元件电阻状态发生转变，从高电阻状态(即高阻态)转变为低电阻状态(即低阻态)；撤销该光照射后，所述光电信息转换元件保持在低电阻状态，即该电阻状态转变为非易失性转变；对所述光电信息转换元件施加电压，该元件电阻可恢复至高电阻状态。所述顶电极和底电极材料可分别选自铝、银、镍、铁、铂、金、铜等金属，掺铌钛酸锶、镧锶锰氧、锶钌氧、铟锡氧化物、氟锡氧化物、铝锌氧化物等金属氧化物，以及石墨烯、碳纳米管等中的一种或两种以上的混合。透明电极可以选择ITO，FTO，AZO，碳纳米管和石墨烯薄膜。所述顶电极和底电极的形态不限，一般选择为薄膜状态，作为优选，薄膜厚度分别为10纳米到300纳米之间。所述的顶电极和底电极可以是柔性电极，例如Ti、Al、Cu、碳纳米管、石墨烯薄膜等柔性电极。所述介质层与顶电极和/或底电极构成肖特基接触，其材料不限，可选自氧化锌、氧化铪、氧化硅、氧化钛、氧化铈、氧化铝等中的一种或两种以上的混合材料。所述介质层厚度优选为5纳米到500纳米之间。所述光电信息转换元件还包括衬底，所述底电极位于衬底上，介质层位于底电极上，顶电极位于介质层上。所述衬底可以为透明衬底，例如可以选自蓝宝石、PES、PDMS、PET等中的一种或两种以上的混合材料；也可以为柔性衬底，从而得到柔性的光电信息转换元件，柔性衬底可以选择PET、PDMS、PES等中的一种或两种以上的混合材料；也可是为柔性透明衬底，从而使光电信息转换元件兼具有柔性和透明的特性。作为优选，当光照射所述光电信息转换元件时，元件电阻降低，降低幅度与光强度有关，即当照射光强度不同时元件电阻不同，也就是说元件电阻受照射光强度的调控。一般而言，照射光强度越大，元件电阻越低。作为优选，当光照射所述光电信息转换元件时，元件电阻降低，降低幅度与光波长有关，即当照射光波长不同时元件电阻不同，也就是说元件电阻受照射光波长的调控。一般而言，照射光波长越长，元件电阻越高。综上所述，本专利技术的光电信息转换元件具有如下有益效果：1、本专利技术的光电信息转换元件包括顶电极、介质层与底电极，其中介质层与底电极、顶电极中的至少一个电极构成肖特基结，利用肖特基结的结构特征，当对该元件依次进行光照射、撤销光照射、施加电信号时，元件具有如下转变效应：(1)由于电极的功函数大于介质层材料的功函数，从而在界面处形成势垒；当光照射到该元件时，结区内缺陷处俘获的电子被激发，留下带正电的空位，增加了能级弯曲程度，从而使界面处势垒变薄，电子更容易穿过势垒，电阻减小。(2)当撤掉光照射之后，空穴不会主动从缺陷处迁出，所以该电导增加具有可持续性，即该元件的光电转换效应具有可持续性。(3)当对该元件施加一定电压时，电子被注入到界面带正电空位处，使肖特基结界面处能带弯曲程度降低，宽度增加，势垒恢复到初始状态，同时元件电流减小，电阻增大。即，本专利技术的光电信息转换元件一方面能够利用光生载流子对介质层与电极界面处肖特基结特性进行调控，从而持续改变元件电阻，优选地，通过照射光的强度和/或波长的变化，能够对元件电阻进行调控；另一方面，通过施加一定的电压又能通过电子注入恢复界面处势垒宽度，从而使元件电阻恢复到初始状态。2、利用上述转变效应，本专利技术的光电信息转换元件可应用于光探测器、智能感光器、非易失性存储器、光信息解码(或编码)器以及光信号运算器器等诸多领域。所述智能感光器用途不限，例如可用于相机感光部分，对感受光信号进行运算及存储的过程中等。所述非易失性存储器用途不限，例如可用于“光写入”“电擦出”的非易失性存储。所述光信息解码(或编码)器用途不限，例如可用于将光所携带的波长，强度信息编码(或解码)为电信息等。所述光信号运算器用途不限，例如可用于光信号处理等。附图说明图1是本专利技术实施例1的光电信息转换元件的结构示意图；图2是本专利技术实施例1的光电信息转换元件在无光照射、光照射、撤销光照射后施加电信号的条件下的电流-电压曲线；图3(a)是本专利技术实施例1的光电信息转换元件在三种不同光强度的宽谱可见光脉冲照射条件下的电阻转变特性对比图；图3(b)是本专利技术实施例1的光电信息转换元件在相同强度、不同波长的红、绿、蓝光脉冲照射条件下的电阻转变特性对比图；图4(a)是本专利技术实施例1的光电信息转换元件在三种不同光强度的宽谱可见光脉冲照射条件下的电阻转变用于多态信息存储的时间保持性；图4(b)是本专利技术实施例1的光电信息转换元件在三种不同光波长的光脉冲照射条件下的电阻转变用于多态信息存储的循环特性；图5(a)是本专利技术实施例1的光电信息转换元件在多个光脉冲刺激下的电流线性变化；图5(b)是本专利技术实施例1的光电信息转换元件用于光信号计数器和加法器的示意图；图6(a)是利用本专利技术实施例1的光电信息转换元件在四种不同光信号照射下的电阻状态；图6(b)是利用图6(a)所示的电阻对光信息的解调与存储。具本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电信息转换元件，其特征是：包括底电极、顶电极以及位于底电极与顶电极之间的介质层；底电极、顶电极中至少一个电极是透明的；底电极、顶电极中至少一个电极与介质层的界面接触为肖特基接触。

【技术特征摘要】
1.一种光电信息转换元件，其特征是：包括底电极、顶电极以及位于底电极与顶
电极之间的介质层；
底电极、顶电极中至少一个电极是透明的；
底电极、顶电极中至少一个电极与介质层的界面接触为肖特基接触。
2.如权利要求1所述的光电信息转换元件，其特征是：所述光电信息转换元件依
次在无光照射、光照射、撤销光照射、施加电信号的条件下，阻态变化如下：
无光照射时，所述光电信息转换元件电阻为初始电阻，呈高阻态；
当光通过透明电极照射到所述光电信息转换元件时，元件电阻状态发生转变，从高
阻态转变为低阻态；
撤销光照射后，所述光电信息转换元件保持在低阻态；
对所述光电信息转换元件施加电压，该元件电阻恢复为高阻态。
3.如权利要求2所述的光电信息转换元件，其特征是：调节照射光强度，所述光
电信息转换元件的电阻变化。
4.如权利要求2所述的光电信息转换元件，其特征是：调节照射光波长，所述光
电信息转换元件的电阻变化。
5.如权利要求1所述的光电信息转换元件，其特征是：所述顶电极和底电极材料
分别选自金属、金属氧化物...

【专利技术属性】
技术研发人员：李润伟，檀洪伟，刘钢，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33