一种光电探测器的调节方法及其应用技术

本公开提供了一种光电探测器的调节方法，该光电探测器包括：源极、漏极、栅极及沟道层，沟道层位于栅极上方，源极及漏极分别位于沟道层两侧；在源极与漏极间施加初始电压V

【技术实现步骤摘要】
一种光电探测器的调节方法及其应用


[0001]本公开涉及光电探测
，具体涉及一种光电探测器的调节方法及其应用。

技术介绍

[0002]在大多数光电探测器中，高响应度和快恢复速度存在相互影响的问题，两者往往很难兼得。光电探测器的响应度直接决定了光电探测器对光源的敏感程度，直接反映出器件的探测能力，如果器件的响应度不够，很可能无法对弱光做出反应，从而丢失光信号捕捉能力。而光电流恢复速度则对应了衰减时间，它直接决定了探测器是否可以进行重复探测。例如，假设器件需要探测两个先后产生的光学信号，并且这两个信号的间隔时间比较短。如果一个探测器的可持续光电导效应(PPC效应)比较严重，那么探测器在探测第一个信号时产生的部分光电流，在第二个信号到达时就不能完全恢复，导致探测器在探测第二个信号时，电流产生误差甚至是严重错误。PPC效应影响了探测器的可重复探测能力，过于明显的PPC效应限制了探测器的探测频率。
[0003]为提升器件的响应度与恢复速度，研究者们从材料、工艺、器件结构等方面对器件进行优化和提升。例如，虽然由磁控溅射制成的薄膜材料一般为非晶，但是经过特殊条件的退火处理后，分子在一定程度上会重新排列，使得材料性能提升。由退火后的薄膜材料制成的光电探测器，探测速度和响应度都会有所提升。除了退火，设计器件的复合结构，例如PN结、异质结等，将探测器的结构体系和材料体系扩充，也能合理地提升器件的各项性能。但是在现有的技术层面上，各类方法都是直接对器件的物性实施调控使之性能改善，增加了额外的制备成本和周期；另一方面，对于物性改变后的材料自身来说，在同一个器件上，依然会面对本征的响应度和恢复速度的折衷问题。
[0004]综上，现有技术中改善光电探测器的响应度及恢复速度存在以下缺点：
[0005](1)、对光电探测器的改进往往体现在制备工艺上，例如进行退火处理，设计结型结构等等，过多的工艺会延长探测器的制备周期，提升成本。
[0006](2)、光电探测器中，高响应度和快恢复速度往往不可同时兼得。例如在同一个器件的探测周期内，更大的光电流需要更长的恢复时间。
[0007](3)、在拥有三端结构的FET型光电探测器中，栅极往往固定在某一偏置值，调控器件在受到光照时的响应度或者用来提升器件在光照后的恢复速度，但不可兼顾这两点。

技术实现思路

[0008]为了解决现有技术中上述问题，本公开提供了一种光电探测器的调节方法及其应用，旨在通过交变的栅极调控，在提升器件响应能力的同时大大降低器件的PPC效应，突破高响应度和快恢复速度之间的本证矛盾，提升器件在进行持续探测时的可重复能力。
[0009]本公开的第一个方面提供了一种光电探测器的调节方法，该光电探测器包括：源极、漏极、栅极及沟道层，沟道层位于栅极上方，源极及漏极分别位于沟道层两侧；其中，在源极与漏极间施加初始电压V
ds
，栅极施加初始电压V0，以使光电探测器在第一预设时长内
处于耗尽状态；在源极与漏极间设置正反馈电路，用于检测源漏极两端的电流I
ds
的变化；将光电探测器光照第二预设时长，以使正反馈电路根据检测到的电流I
ds
变大趋势后将正栅压差电脉冲V
g
施加至栅极上，提升光电探测器的响应度；在第二预设时长后撤销光照，正反馈电路根据检测到的电流I
ds
变小趋势后将负栅压差电脉冲V
g
’
施加至栅极上，以使光电探测器在第三预设时长内恢复至初始态，提升光电探测器的恢复速度。
[0010]进一步地，正反馈电路包括放大器及反馈电路，该放大器用于放大电流I
ds
的变化趋势，反馈电路用于判断电流I
ds
的变化趋势，并根据电流I
ds
的变化趋势将相应的正栅压差电脉冲V
g
或负栅压差电脉冲V
g
’
施加至栅极上。
[0011]进一步地，将光电探测器光照第二预设时长，以使正反馈电路根据检测到的所述电流I
ds
变大趋势后将正栅压差电脉冲V
g
施加至所述栅极上，包括：将光电探测器进行光照第二预设时长，则电流I
ds
随着光照变大，放大器将所述电流I
ds
的变大趋势放大，以使反馈电路根据检测到的电流I
ds
变大趋势后将正栅压差电脉冲V
g
施加至栅极上，以使光电探测器在第二预设时长内提升响应度。
[0012]进一步地，在第二预设时长后撤销光照，正反馈电路根据检测到的电流I
ds
变小趋势后将负栅压差电脉冲V
g
’
施加至栅极上，以使光电探测器在第三预设时长内恢复至初始态，包括：在所述第二预设时长后撤销光照，则电流I
ds
随着光照撤销后变小，放大器将电流I
ds
的变小趋势放大，则反馈电路根据检测到的电流I
ds
变小趋势后将负栅压差电脉冲V
g
’
施加至栅极上，以使光电探测器在第三预设时长内恢复至初始态。
[0013]进一步地，当光电探测器的沟道材料为N型半导体材料时，所述正栅压差电脉冲V
g
大于所述初始电压V0，负栅压差电脉冲V
g
’
小于初始电压V0；当光电探测器的沟道材料为P型半导体材料时，正栅压差电脉冲V
g
小于初始电压V0，负栅压差电脉冲V
g
’
大于初始电压V0。
[0014]进一步地，第三预设时长小于光电探测器的本征恢复时间。
[0015]进一步地，第一预设时长、第二预设时长及第三预设时长之和为光电探测器的探测周期。
[0016]进一步地，将该光电探测器光照第二预设时长，包括：采用紫外光或可见光将光电探测器光照第二预设时长。
[0017]进一步地，光电探测器还包括：绝缘电介质层，其位于沟道层与栅极间。
[0018]本公开的第二个方面提供了采用第一个方面提供的光电探测器的调节方法在太赫兹或红外光或可见光或紫外或X射线晶体管结构探测器上的应用。
[0019]本公开相比现有技术至少具备以下有益效果：
[0020](1)、现有技术中的方法不能在同一个物性的器件上实现响应度和恢复速度的同时改善，而本公开提供的调节方法可以在一个探测周期内同时实现两者的优化提升。
[0021](2)、在不引入工艺复杂度的情况下，解决响应度和恢复速度的内部矛盾并实现两者的同步提升，优化成本低。
[0022](3)、除优化响应度、恢复速度的提升外，该交变栅调控方法同时能够提升器件的光电流、量子效率、探测率等性能指标。
[0023](4)、应用更为广泛：对于各种N型及P型半导体沟道光电探测器、各种波段的光电探测器，以及基于载流子传输机制的气敏、压力等传感器均适用。
附本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光电探测器的调节方法，所述光电探测器包括：源极、漏极、栅极及沟道层，所述沟道层位于所述栅极上方，所述源极及所述漏极分别位于所述沟道层两侧；其中，在所述源极与所述漏极间施加初始电压V
ds
，栅极施加初始电压V0，以使所述光电探测器在第一预设时长内处于耗尽状态；在所述源极与所述漏极间设置正反馈电路，用于检测源漏极两端的电流I
ds
的变化；将所述光电探测器光照第二预设时长，以使所述正反馈电路根据检测到的所述电流I
ds
变大趋势后将正栅压差电脉冲V
g
施加至所述栅极上，提升所述光电探测器的响应度；在所述第二预设时长后撤销光照，所述正反馈电路根据检测到的所述电流I
ds
变小趋势后将负栅压差电脉冲V
g
’
施加至所述栅极上，以使所述光电探测器在第三预设时长内恢复至初始态，提升所述光电探测器的恢复速度。2.根据权利要求1所述的光电探测器的调节方法，其中，所述正反馈电路包括放大器及反馈电路，所述放大器用于放大所述电流I
ds
的变化趋势，所述反馈电路用于判断所述电流I
ds
的变化趋势，并根据所述电流I
ds
的变化趋势将相应的所述正栅压差电脉冲V
g
或所述负栅压差电脉冲V
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’
施加至所述栅极上。3.根据权利要求2所述的光电探测器的调节方法，其中，所述将所述光电探测器光照第二预设时长，以使所述正反馈电路根据检测到的所述电流I
ds
变大趋势后将正栅压差电脉冲V
g
施加至所述栅极上，包括：将所述光电探测器进行光照第二预设时长，则所述电流I
ds
随着光照变大，所述放大器将所述电流I
ds
的变大趋势放大，以使所述反馈电路根据检测到的所述电流I
ds
变大趋势后将正栅压差电脉冲V
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【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓龙，张中方，侯小虎，徐光伟，龙世兵，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：