一种探测单元、超宽带光探测器及探测方法技术

本文公布了一种探测单元、超宽带光探测器及探测方法，探测单元包括NbS

A detection unit, ultra wideband photodetector and detection method

【技术实现步骤摘要】
一种探测单元、超宽带光探测器及探测方法
本专利技术涉及探测
，尤其涉及一种探测单元、超宽带光探测器及探测方法。
技术介绍
光探测器能够将光信号转换为电信号,进而检测出入射到其表面的光功率。超宽带光探测器能够同时探测不同波段，例如紫外、可见光、红外甚至是太赫兹波的电磁波辐射,在红外成像、遥感、环境监测、天文探测、光谱分析等诸多领域有着非常重要作用。但是，由于光敏材料的限制，目前的光探测器只能工作于特定的波段，现阶段的超宽光谱探测是通过将不同波段的探测方法集成在一起并保证各个部分同步工作来实现的，这种方法最大的问题就是器件结构非常复杂，难以应用到实际中。因此，使用单一器件进行太赫兹到紫外的超宽带光探测成为了目前的研究热点。受制于材料本身带隙的大小，基于WSe2(见KimHS,ChauhanKR,KimJ,etal.Flexiblevanadiumoxidefilmforbroadbandtransparentphotodetector[J].AppliedPhysicsLetters,2017,110(10):101907.)，Bi单晶(见YaoJD,ShaoJM,YangGW.Ultra-broadbandandhigh-responsivephotodetectorsbasedonbismuthfilmatroomtemperature[J].ScientificReports,2015,5:12320.)，MoS2(见XieY,ZhangB,WangS,etal.UltrabroadbandMoS2PhotodetectorwithSpectralResponsefrom445to2717nm[J].AdvancedMaterials,2017,29(17):1605972.)以及黑磷(见XieY,ZhangB,WangS,etal.UltrabroadbandMoS2PhotodetectorwithSpectralResponsefrom445to2717nm[J].AdvancedMaterials,2017,29(17):1605972.)的探测器大多只能实现紫外至红外波段的宽带探测，难以覆盖到太赫兹波段。石墨烯以及拓扑绝缘体具有狄拉克锥能带结构，被认为是实现超宽带光探测的宠儿。不幸的是，对于石墨烯而言，单层石墨烯的光吸收率仅为2.3％，这使得石墨烯探测器的响应度仅为数mV/W(CN107104167A)。对于拓扑绝缘体而言，仅有表面具有狄拉克锥结构，同样也面临吸收较低的问题。此外，零带隙的结构使得基于石墨烯和拓扑绝缘体的光探测暗电流较大，严重影响器件的信噪比。尽管存在石墨烯异质结(见HighlySensitive,Gate-Tunable,Room-TemperatureMid-InfraredPhotodetectionBasedonGraphene-Bi2Se3Heterostructure)，拓扑绝缘体异质结(见Yao,J.；Shao,J.；Wang,Y.；Zhao,Z.；Yang,G.Ultra-broadbandandhighresponseoftheBi2Te3-Siheterojunctionanditsapplicationasaphotodetectoratroomtemperatureinharshworkingenvironments.Nanoscale2015,7,12535-12541.)以及三维微管结构的石墨烯探测器(CN107394001A)，然而其要么需要额外偏压，要么需要引入相对复杂的制备工艺，均制约了器件在实际中的应用。综上所述，探测带宽覆盖太赫兹至紫外的超宽谱探测器是需要进一步研究的。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种探测单元、超宽带光探测器及探测方法，可克服探测带宽窄问题，其探测的带宽能从紫外覆盖到太赫兹波段，具有超宽探测带宽，并且其还具有高速灵敏的优点。为解决上述技术问题，本文采用如下技术方案：一种探测单元，用于超宽带光探测，包括NbS3晶体片和两个电极，两个所述电极分别设置在所述NbS3晶体片的长度方向两端，且分别与所述NbS3晶体片形成欧姆接触。本文还提供了一种超宽带光探测器，包括上述的探测单元，以及用于采集所述探测单元上电势差数据的探测电路，两个所述电极分别与所述探测电路电连接。一种可能的设计，包括用以支撑所述探测单元的基底，所述探测单元固定在所述基底上。一种可能的设计，两个所述电极设为两个同材质的金属电极。一种可能的设计，两个所述电极设为两个不同材质的金属电极。一种可能的设计，所述探测单元还包括栅介质层、栅电极和天线，两个所述电极设为源电极和漏电极，所述栅介质层铺设在所述NbS3晶体片和两个所述电极构成的异质结的上表面，所述栅电极设置在所述栅介质层上端且位于所述NbS3晶体片中央，所述天线分别与所述源电极和所述栅电极连接。一种可能的设计，所述天线包括分体的第一天线和第二天线，所述第一天线与所述源电极连接，所述第二天线与所述栅电极连接。一种可能的设计，所述栅介质层的材料包括SiO2、Al2O3、HfO2或六方氮化硼。一种可能的设计，所述天线设置为螺旋天线、蝶形天线或对数周期天线。一种可能的设计，两个电极都成薄片状且都固定在所述基底的上表面或所述NbS3晶体片的上表面。一种可能的设计，所述基底为薄片状，且材料包括蓝宝石，Si/SiO2，石英，玻璃或云母。一种可能的设计，所述探测单元有多个，多个所述探测单元呈线阵或面阵排布。一种可能的设计，所述探测电路为用以读取电势差的电测量设备。一种可能的设计，多个所述探测单元设置在基底上且呈线阵排布，所述基底包括间隔设置的第一基底和第二基底，任一所述探测单元的两个电极分别固定在所述第一基底和第二基底上且所述NbS3晶体片的两端分别与两个所述电极形成欧姆接触。一种可能的设计，所述基底有多个，多个所述基底设在同一平面上，所述基底和探测单元一一对应，每一所述探测单元的两个所述电极贯穿对应的基底，所述探测单元的NbS3晶体片设置在该基底的一侧且两端与两个所述电极形成欧姆接触。一种可能的设计，所述电极截面呈矩形，且所述电极在所述基底背向所述NbS3晶体片的一侧形成引脚。本文还提供了一种上述的超宽带光探测器的探测方法，包括：固定探测器，将探测器固定在光学平移台上；照射探测器，控制光源照射探测器，使得光源产生的光斑落在所述NbS3晶体片上；采集探测电路数据，读取和记录所述探测单元两端的电势差变化数据。本专利技术实施例的有益效果：本专利技术实施例的探测器被光源照射时，含有NbS3晶体的探测单元会产生温度梯度，进而在探测单元两端产生正比于光强的电势差，同时，通过探测电路将这一电势差放大读出即可实现超宽带光探测。本专利技术实施例的探测器的探测带宽能从紫外覆盖到太赫兹波段，具有超宽探测带宽，并且其还具有高速灵敏的优点。本专利技术实施例的探测器制备简单、成本低廉,在实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种探测单元，用于超宽带光探测，其特征在于，包括NbS

【技术特征摘要】
1.一种探测单元，用于超宽带光探测，其特征在于，包括NbS3晶体片和两个电极，两个所述电极分别设置在所述NbS3晶体片的长度方向两端，且分别与所述NbS3晶体片形成欧姆接触。


2.一种超宽带光探测器，其特征在于，包括如权利要求1所述的探测单元，以及用于采集所述探测单元上电势差数据的探测电路，两个所述电极分别与所述探测电路电连接。


3.根据权利要求2所述的超宽带光探测器，其特征在于，包括用以支撑所述探测单元的基底，所述探测单元固定在所述基底上。


4.根据权利要求3所述的超宽带光探测器，其特征在于，两个所述电极设为两个同材质的金属电极。


5.根据权利要求3所述的超宽带光探测器，其特征在于，两个所述电极设为两个不同材质的金属电极。


6.根据权利要求3所述的超宽带光探测器，其特征在于，所述探测单元还包括栅介质层、栅电极和天线，两个所述电极设为源电极和漏电极，所述栅介质层铺设在所述NbS3晶体片和两个所述电极构成的异质结的上表面，所述栅电极设置在所述栅介质层上端且位于所述NbS3晶体片中央，所述天线分别与所述源电极和所述栅电极连接。


7.根据权利要求6所述的超宽带光探测器，其特征在于，所述天线包括分体的第一天线和第二天线，所述第一天线与所述源电极连接，所述第二天线与所述栅电极连接。


8.根据权利要求6所述的超宽带光探测器，其特征在于，所述栅介质层的材料包括SiO2、Al2O3、HfO2或六方氮化硼。


9.根据权利要求6所述的超宽带光探测器，其特征在于，所述天线设置为螺旋天线、蝶形天线或对数周期天线。


10.根据权利要求4或5或6所述的超...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵自然，王迎新，吴东，王楠林，吴炜东，牛营营，陈猛，
申请(专利权)人：清华大学，北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11