【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光电探测，具体涉及一种波导集成的黑磷/石墨烯异质结光电探测器。
技术介绍
1、在信息技术不断发展的今天，端到端之间的数据互联变得日益重要。当前发展成熟的集成电子电路在其中发挥重大作用，而随着数据量越来越大，高速电子信息处理技术的功耗在总能耗中占比也日益增大，成本越来越高。而光子集成技术在通讯速度、数据容量、运算效率方面相对于集成电路更具优势，可以弥补电路在高速互联场景中的不足，与集成电路共同扩充通信的容量和速度。
2、光模块作为光纤通信系统的核心器件，能够实现光信号到电信号相互转换的任务，而其中的超快光电探测器发挥着着非常重要的作用。传统光模块采用分立元件，封装复杂，集成度低。随着通信和数据传输需求不断增大，对于光模块的集成度要求越来越高。硅光，一种将光学元件和电学元件整合到一个芯片中的技术，作为一种未来光模块技术路线受到学术界和工业界的重视。而在光电探测器方面，硅本身的探测波段无法覆盖1310nm、1550nm通信波段，难以制备作为光纤通信系统的接收机的光电探测器；而异质集成能够探测通信波段的其他体材料技术路线难，成本高。范德华材料，一种通过层间范德华力结合、可任意堆叠、探测波段覆盖可见、近中红外波段的二维层状材料，目前正得到学术界得广泛研究。将二维材料集成至硅光芯片上制备成各种光电探测器已经有不少工作被报道。
3、2013年，xuetao gan和ren-jye shiue等人制备了一种波导集成的石墨烯超快光电探测器，通过非对称地将金属电极蒸镀分别蒸镀于距离条形波导100nm和3.5um
4、尽管上述波导集成的光电探测器可以实现高速光电探测，然而，目前报道的这些器件在光响应率、暗电流大小、噪声大小以及误码率等方面仍然有极大的改进空间：
5、1）基于石墨烯材料的波导集成光电探测器：
6、a）石墨烯器件在无外加偏置电压下响应度低，信号弱；加偏压后暗电流大，噪声电流大，信噪比低。
7、b）石墨烯器件光吸收较弱，响应度低，信号强度低。
8、2）基于黑磷材料的波导集成光电探测器：
9、a）黑磷本征为p型重掺，偏压下器件暗电流大，噪声电流大，信噪比低。
10、b）迁移率相对中等，速度性能方面不及石墨烯器件。
11、3）基于碲化钼/石墨烯异质结的波导集成光电探测器：
12、a）响应波段为1310nm通信波段，无法覆盖1550nm通讯波段。
13、b）碲化钼光吸收较弱，光响应率较低，信号强度较弱。
14、因此，如何解决现有技术的问题，提供一种低暗电流、低噪声，从而实现更低误码率的数据传输的高速光电探测器是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、本专利技术的第一个目的在于，针对现有技术中的问题，提供一种波导集成的黑磷/石墨烯异质结光电探测器。
2、为此，本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：
3、一种波导集成的黑磷/石墨烯异质结光电探测器，其特征在于：包括硅衬底、硅脊型波导、二氧化硅层、氮化硼层、石墨烯层、黑磷层、第一金属电极和第二金属电极；
4、衬底为覆盖二氧化硅的硅衬底，其上设有硅脊型波导、硅脊型波导的表面覆盖二氧化硅层，二氧化硅层上设有氮化硼层，氮化硼层上设有石墨烯层和黑磷层，其中，黑磷层部分层叠在石墨烯层的上表面；
5、第二金属电极仅与石墨烯层接触连接形成导电沟道，第一金属电极仅与黑磷层接触连接形成导电沟道；
6、其中，硅脊型波导、氮化硼层、石墨烯层和黑磷层依次层叠，且第一金属电极与黑磷层的接触边界覆盖在硅脊型波导上方的黑磷层上，该接触边界延伸至整个黑磷与石墨烯肖特基结区域，实现光生载流子在垂直方向上输运至石墨烯层。
7、在采用上述技术方案的同时，本专利技术还可以采用或者组合采用如下技术方案：
8、作为本专利技术的优选技术方案：
9、所述第一金属电极和第二金属电极之间间距为1um；
10、所述第一金属电极层叠在硅脊型波导正上方的宽度为10um。
11、黑磷层的厚度为20-30nm，石墨烯层的厚度为0.3nm-3nm，氮化硼层的厚度为15-30nm.二氧化硅层的厚度为50nm，硅脊形波导的波导高度为220nm；衬底1中二氧化硅层厚度为3um，硅衬底层厚度为725um。
12、本专利技术的第二个目的在于，针对现有技术中的问题，提供一种波导集成的黑磷/石墨烯异质结光电探测器的应用。
13、为此，本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：
14、一种波导集成的黑磷/石墨烯异质结光电探测器的应用，反偏-1v下7.8ua的低暗态电流。
15、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
16、本专利技术的一种波导集成的黑磷/石墨烯异质结光电探测器及其应用，光电探测器利用部分黑磷层层叠在石墨烯层，且其层叠位置位于脊波导的正上方，引入了黑磷和石墨烯所形成的肖特基结来抑制器件的暗电流，同时利用该肖特基结与脊波导的光场重叠实现器件的高效光吸收和光生电子空穴对的分离，实现了光电探测器件的低暗电流、高响应度以性能。
17、本专利技术中，组合利用第一金属电极蒸镀在波导上方的黑磷层，且黑磷位于石墨烯上，形成光生载流子在垂直方向上输运至石墨烯层，减小及避免在水平方向上的扩散，增加了黑磷的光生载流子的分离速度，实现本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种波导集成的黑磷/石墨烯异质结光电探测器，其特征在于：包括硅衬底、硅脊型波导、二氧化硅层、氮化硼层、石墨烯层、黑磷层、第一金属电极和第二金属电极；
2.如权利要求1所述的波导集成的黑磷/石墨烯异质结光电探测器，其特征在在于：所述第一金属电极和第二金属电极之间间距为1um；
3.一种波导集成的黑磷/石墨烯异质结光电探测器的应用，其特征在于：采用权利要求1或2所述的光电探测器，反偏-1V下，获得低暗态电流为7.8uA。
【技术特征摘要】
1.一种波导集成的黑磷/石墨烯异质结光电探测器，其特征在于：包括硅衬底、硅脊型波导、二氧化硅层、氮化硼层、石墨烯层、黑磷层、第一金属电极和第二金属电极；
2.如权利要求1所述的波导集成的黑磷/石墨烯异质结光电探测...
【专利技术属性】
技术研发人员：李宁，王嘉成，贺婷，胡伟达，
申请(专利权)人：国科大杭州高等研究院，
类型：发明
国别省市：
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