室温碲化铂阵列太赫兹探测器及其制备方法技术

本发明专利技术揭示了一种室温碲化铂阵列太赫兹探测器及其制备方法，所述探测器包括衬底、位于衬底上的氧化层、位于氧化层上且阵列分布的碲化铂沟道层、及位于氧化层及部分碲化铂沟道层上且阵列分布的电极层，所述太赫兹探测器基于碲化铂的II型狄拉克半金属特性实现对太赫兹波的有效探测。本发明专利技术的太赫兹探测器利用碲化铂的优异物理性质，可实现室温下对太赫兹波的高速、高灵敏度探测。高灵敏度探测。高灵敏度探测。

【技术实现步骤摘要】
室温碲化铂阵列太赫兹探测器及其制备方法


[0001]本专利技术属于太赫兹探测器
，具体涉及一种室温碲化铂阵列太赫兹探测器及其制备方法。

技术介绍

[0002]太赫兹（Terahertz，THz）辐射通常指的是波长在30
µ
m
∼
3mm(0.1 THz
ꢀ∼ꢀ
10 THz)、介于毫米波与红外波之间的电磁波，处于电学向光子学、宏观经典理论向微观量子理论的过渡区域。太赫兹波的高透射性、低能量性、指纹特性以及高频高带宽特性等，使其在无损探伤、安全检测、医学成像、近场显微、空间成像、环境检测以及信息通信等领域具有重要应用。
[0003]针对太赫兹技术的应用，其中的核心器件是室温高性能固态太赫兹探测器。1993年，Dyakonov和Shur从理论上预言了高电子迁移率晶体管(HEMT)能用于太赫兹波探测，为实现室温、高速、高灵敏度的太赫兹探测提供了新方法和技术。
[0004]在过去十几年里，二维材料，如石墨烯、黑磷、过渡金属硫族化合物等新型半导体材料由于其优异的电学、热学以及力学性能（高载流子迁移率、零带隙半导体、无质量费米子等），为新一代光电子器件提供了新的可能。最近，过渡金属硫族化合物碲化铂（PtTe2）被发现具有特殊的能带结构（倾斜的狄拉克锥），被称为II型狄拉克半金属。这类材料在洛伦兹不变性破缺的情况下，当时间反转或空间反演对称被打破时，实现第二类外尔费米子，可以表现出手性相关输运的奇异现象，如手性异常、异常热电效应和量子化光电效应等。由于其具有倾斜的狄拉克锥，使得载流子与太赫兹辐射的不对称耦合可以发生在费米面上，产生非平衡载流子的激发和定向移动，即狄拉克费米子能够参与太赫兹探测。其非平凡的载流子输运特性，为先进的光电器件在更长波长下工作增加了可能性，在光电探测领域尤其是长波探测方面展现出巨大的应用潜力。
[0005]目前基于PtTe2的太赫兹探测器的研究都为单一元器件，未实现大面积、厚度可控PtTe2材料的制备，以及其太赫兹阵列器件的制备，使其在实际应用中受限。
[0006]因此，针对上述技术问题，有必要提供一种室温碲化铂阵列太赫兹探测器及其制备方法。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种室温碲化铂阵列太赫兹探测器及其制备方法。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术一实施例提供的技术方案如下：一种室温碲化铂阵列太赫兹探测器，所述探测器包括衬底、位于衬底上的氧化层、位于氧化层上且阵列分布的碲化铂沟道层、及位于氧化层及部分碲化铂沟道层上且阵列分布的电极层，所述太赫兹探测器基于碲化铂的II型狄拉克半金属特性实现对太赫兹波的有效探测。
[0009]一实施例中，所述衬底为高阻本征硅衬底，电阻率大于或等于20000Ω
·
cm。
[0010]一实施例中，所述氧化层为二氧化硅层，厚度为200~400nm。
[0011]一实施例中，所述碲化铂沟道层的厚度为40~60nm，尺寸为100~2500μm2。
[0012]一实施例中，所述电极层包括呈蝶形天线结构的第一电极和第二电极、位于第一电极和第二电极旁侧的第三电极和第四电极、连接第一电极与第三电极的第一电极线、及连接第二电极与第四电极的第二电极线，第一电极和第二电极之间的间隙为200~500nm；和/或，所述电极层下层为铬层，上层为金层，铬层的厚度为5~20nm，金层的厚度为60~80nm。
[0013]本专利技术另一实施例提供的技术方案如下：一种室温碲化铂阵列太赫兹探测器的制备方法，所述太赫兹探测器基于碲化铂的II型狄拉克半金属特性实现对太赫兹波的有效探测，所述制备方法包括：S1、提供衬底；S2、在衬底上通过热氧化法制备氧化层；S3、在氧化层上制备阵列分布的碲化铂沟道层；S4、在氧化层及部分碲化铂沟道层上制备阵列分布的电极层。
[0014]一实施例中，所述步骤S1中的衬底为高阻本征硅衬底，电阻率大于或等于20000Ω
·
cm；所述步骤S2具体为：在高阻本征硅衬底上通过干氧
‑
湿氧
‑
干氧氧化法制备厚度为200~400nm的二氧化硅层。
[0015]一实施例中，所述步骤S3具体为：对制备有氧化层的衬底进行超声清洗；采用紫外光刻工艺在氧化层上制备光刻胶掩膜，并通过电子束蒸发工艺蒸镀形成阵列分布的铂薄膜，铂薄膜的厚度为5~20nm，最后剥离光刻胶掩膜；基于化学气相沉积工艺，将碲粉和蒸镀有铂薄膜的衬底分别置于石英管的第一热区和第二热区中，通入载气，在第二热区中对铂薄膜进行碲化，形成阵列分布的碲化铂沟道层，碲化铂沟道层的厚度为40~60nm，尺寸为100~2500μm2。
[0016]一实施例中，所述石英管包括进气口及排气口，第一热区和第二热区分别位于进气口侧和排气口侧，第二热区的温度高于第一热区的温度，第一热区和第二热区的温度分别为410 ~ 440℃和440 ~ 470℃，载气为惰性气体，流量为40~80sccm。
[0017]一实施例中，所述步骤S4具体为：采用紫外光刻工艺或激光直写光刻工艺在氧化层及碲化铂沟道层上制备光刻胶掩膜，并通过电子束蒸发工艺蒸镀形成阵列分布的电极层，最后剥离光刻胶掩膜。
[0018]本专利技术具有以下有益效果：本专利技术通过微纳加工技术和化学气相沉积工艺，可以实现大面积图形化碲化铂的可控制备，无须使用刻蚀相关的工艺，对环境污染小；通过微纳加工技术将太赫兹天线与碲化铂层集成，可实现阵列太赫兹器件的制备；本专利技术的太赫兹探测器利用碲化铂的优异物理性质，可实现室温下对太赫兹波的高速、高灵敏度探测。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本专利技术中室温碲化铂阵列太赫兹探测器的结构示意图；图2为本专利技术中室温碲化铂阵列太赫兹探测器制备方法的流程示意图；图3为本专利技术一具体实施例中电极层的平面结构示意图；图4为本专利技术中室温碲化铂阵列太赫兹探测器的平面结构示意图；图5a~5d分别为本专利技术一具体实施例中太赫兹探测器制备方法的工艺流程图；图6为本专利技术一具体实施例中化学气相沉积工艺生长碲化铂沟道层的示意图；图7a、7b分别为本专利技术一具体实施例中室温碲化铂阵列太赫兹探测器的电学性能图；图8为本专利技术一具体实施例中碲化铂单元探测器在偏压调控下的太赫兹响应性能图；图9a~9c分别为本专利技术一具体实施例中碲化铂单元探测器对不同频段（0.028 THz，0.11 THz和0.28 THz）太赫兹波的响应波形图。
具体实施方式
[0021]为了使本
的人员更好地理解本专利技术中的技术方案，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，显本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种室温碲化铂阵列太赫兹探测器，其特征在于，所述探测器包括衬底、位于衬底上的氧化层、位于氧化层上且阵列分布的碲化铂沟道层、及位于氧化层及部分碲化铂沟道层上且阵列分布的电极层，所述太赫兹探测器基于碲化铂的II型狄拉克半金属特性实现对太赫兹波的有效探测。2.根据权利要求1所述的室温碲化铂阵列太赫兹探测器，其特征在于，所述衬底为高阻本征硅衬底，电阻率大于或等于20000Ω
·
cm。3.根据权利要求1所述的室温碲化铂阵列太赫兹探测器，其特征在于，所述氧化层为二氧化硅层，厚度为200~400nm。4.根据权利要求1所述的室温碲化铂阵列太赫兹探测器，其特征在于，所述碲化铂沟道层的厚度为40~60nm，尺寸为100~2500μm2。5.根据权利要求1所述的室温碲化铂阵列太赫兹探测器，其特征在于，所述电极层包括呈蝶形天线结构的第一电极和第二电极、位于第一电极和第二电极旁侧的第三电极和第四电极、连接第一电极与第三电极的第一电极线、及连接第二电极与第四电极的第二电极线，第一电极和第二电极之间的间隙为200~500nm；和/或，所述电极层下层为铬层，上层为金层，铬层的厚度为5~20nm，金层的厚度为60~80nm。6.一种室温碲化铂阵列太赫兹探测器的制备方法，其特征在于，所述太赫兹探测器基于碲化铂的II型狄拉克半金属特性实现对太赫兹波的有效探测，所述制备方法包括：S1、提供衬底；S2、在衬底上通过热氧化法制备氧化层；S3、在氧化层上制备阵列分布的碲化铂沟道层；S4、在氧化层及部分...

【专利技术属性】
技术研发人员：张凯，董卓，于文治，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：