本發(fā)明涉及電子元器件領(lǐng)域中的光電晶體管技術(shù)，特別是指一種探測(cè)波長(zhǎng)可電調(diào)控的光電探測(cè)器。

背景技術(shù)：

1、從20世紀(jì)70～80年代開始，紅外熱成像技術(shù)逐步應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。據(jù)預(yù)測(cè)，2023年全球紅外市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到107.95億美元。二維過渡金屬硫?qū)倩衔镉捎谄湓?nm以下厚度時(shí)的高載流子遷移率、層數(shù)依賴的帶隙結(jié)構(gòu)而受到了廣泛的關(guān)注，有望成為替代硅的半導(dǎo)體材料。由于其較強(qiáng)的光-物質(zhì)耦合，以二維過渡金屬硫?qū)倩衔镒鳛闇系啦牧系墓怆娮悠骷梢赃_(dá)到1013jones的探測(cè)率，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的氧化釩和非晶硅紅外探測(cè)器(108jones)，與需要制冷設(shè)備的碲鎘汞紅外探測(cè)器持平(1012jones)。二維過渡金屬硫?qū)倩衔锏膬?yōu)異性質(zhì)，使其在光探測(cè)器領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用價(jià)值。

2、雖然二維過渡金屬硫?qū)倩衔镌诠怆娞綔y(cè)領(lǐng)域已展現(xiàn)出誘人的前景，但是其也面臨諸多挑戰(zhàn)。最大的挑戰(zhàn)也和現(xiàn)有光電探測(cè)器一樣，如何發(fā)展超寬光譜響應(yīng)的光電探測(cè)器，使其在未來寬波段光電探測(cè)中發(fā)揮作用，從而大幅提高裝備集成度。當(dāng)器件構(gòu)筑完成時(shí)，其探測(cè)光譜范圍往往已經(jīng)受光敏感材料的確定而難以調(diào)節(jié)，雖然耦合超表面結(jié)構(gòu)的等離激元技術(shù)可以一定程度上展寬探測(cè)波段，但其展寬范圍通常在數(shù)百納米，展寬效應(yīng)也非常有限，難以實(shí)現(xiàn)超寬光譜響應(yīng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提出一種探測(cè)波長(zhǎng)可電調(diào)控的光電探測(cè)器。該光電探測(cè)器以過渡金屬硫?qū)倩衔?tmdc)為光敏感層，并采用雙柵結(jié)構(gòu)，通過上下柵電極施加垂直電場(chǎng)，調(diào)節(jié)過渡金屬硫?qū)倩衔飳拥碾娮咏Y(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)光電探測(cè)器件的探測(cè)波長(zhǎng)電調(diào)控。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、一種探測(cè)波長(zhǎng)可電調(diào)控的光電探測(cè)器，包括下柵電極1、下柵介質(zhì)材料2、過渡金屬硫?qū)倩衔飳?、源電極4、漏電極5，下柵電極1位于下柵介質(zhì)材料的下表面，過渡金屬硫?qū)倩衔飳?位于下柵介質(zhì)材料的上表面，源電極4和漏電極5位于過渡金屬硫?qū)倩衔飳?兩端并與過渡金屬硫?qū)倩衔飳?形成電聯(lián)通；還包括上柵介質(zhì)材料6和上柵電極7，上柵介質(zhì)材料位于過渡金屬硫?qū)倩衔飳?、源電極4和漏電極5的上方，覆蓋過渡金屬硫?qū)倩衔飳?表面，上柵電極7位于上柵介質(zhì)材料6的上表面，其垂直投影覆蓋過渡金屬硫?qū)倩衔飳?，下柵電極1、下柵介質(zhì)材料2、上柵介質(zhì)材料6和上柵電極7均透明。

4、可選的，所述下柵介質(zhì)材料2和上柵介質(zhì)材料6均為高絕緣介質(zhì)材料，厚度范圍為1-200納米。

5、可選的，所述過渡金屬硫?qū)倩衔飳?為具有mx2化學(xué)式的材料，其中m為mo、w、pt、hf、ti、bi、ga、sn中的一種，x為o、s、se、te中的一種。

6、可選的，所述過渡金屬硫?qū)倩衔飳?的厚度范圍為0.5-50納米。

7、可選的，所述源電極4和漏電極5的材料為ti、au、ni、pt中的一種，或以任意比例復(fù)合的兩種。

8、本發(fā)明的有益效果在于：

9、1、本發(fā)明提出了通過電調(diào)控調(diào)節(jié)二維過渡金屬硫?qū)倩衔锕饷舾胁牧系碾娮咏Y(jié)構(gòu)。得益于二維過渡金屬硫?qū)倩衔飿O薄的厚度，以及極易調(diào)節(jié)的電子結(jié)構(gòu)，這種垂直雙柵電場(chǎng)的調(diào)節(jié)將使其電子結(jié)構(gòu)發(fā)生大幅調(diào)節(jié)，如間接帶隙到直接帶隙的調(diào)節(jié)，甚至帶隙寬度可以調(diào)節(jié)80％范圍，從2ev調(diào)節(jié)至窄禁帶、甚至半金屬零帶隙。

10、2、本發(fā)明可大幅提高器件的光電探測(cè)波段，從而提高裝備的集成度。

11、3、本發(fā)明采用的過渡金屬硫?qū)倩衔锸且环N薄膜材料，且具有較穩(wěn)定的物化特性，因此本發(fā)明的制造過程完全可以采用現(xiàn)有的微電子工藝，從而易于工業(yè)實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)特征：

1.一種探測(cè)波長(zhǎng)可電調(diào)控的光電探測(cè)器，包括下柵電極(1)、下柵介質(zhì)材料(2)、過渡金屬硫?qū)倩衔飳?3)、源電極(4)、漏電極(5)，下柵電極(1)位于下柵介質(zhì)材料的下表面，過渡金屬硫?qū)倩衔飳?3)位于下柵介質(zhì)材料的上表面，源電極(4)和漏電極(5)位于過渡金屬硫?qū)倩衔飳?3)兩端并與過渡金屬硫?qū)倩衔飳?3)形成電聯(lián)通；其特征在于，還包括上柵介質(zhì)材料(6)和上柵電極(7)，上柵介質(zhì)材料位于過渡金屬硫?qū)倩衔飳?3)、源電極(4)和漏電極(5)的上方，覆蓋過渡金屬硫?qū)倩衔飳?3)表面，上柵電極(7)位于上柵介質(zhì)材料(6)的上表面，其垂直投影覆蓋過渡金屬硫?qū)倩衔飳?3)，下柵電極(1)、下柵介質(zhì)材料(2)、上柵介質(zhì)材料(6)和上柵電極(7)均透明。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種探測(cè)波長(zhǎng)可電調(diào)控的光電探測(cè)器，其特征在于，所述下柵介質(zhì)材料(2)和上柵介質(zhì)材料(6)均為高絕緣介質(zhì)材料，厚度范圍為1-200納米。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種探測(cè)波長(zhǎng)可電調(diào)控的光電探測(cè)器，其特征在于，所述過渡金屬硫?qū)倩衔飳?3)為具有mx2化學(xué)式的材料，其中m為mo、w、pt、hf、ti、bi、ga、sn中的一種，x為o、s、se、te中的一種。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種探測(cè)波長(zhǎng)可電調(diào)控的光電探測(cè)器，其特征在于，所述過渡金屬硫?qū)倩衔飳?3)的厚度范圍為0.5-50納米。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種探測(cè)波長(zhǎng)可電調(diào)控的光電探測(cè)器，其特征在于，所述源電極(4)和漏電極(5)的材料為ti、au、ni、pt中的一種，或以任意比例復(fù)合的兩種。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種探測(cè)波長(zhǎng)可電調(diào)控的光電探測(cè)器，屬于光電晶體管技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括下柵電極、下柵介質(zhì)材料、上柵介質(zhì)材料、上柵電極、過渡金屬硫?qū)倩衔飳印⒃措姌O和漏電極，過渡金屬硫?qū)倩衔飳游挥谏蠔沤橘|(zhì)材料和下柵介質(zhì)材料之間，源電極和漏電極位于過渡金屬硫?qū)倩衔飳觾啥瞬⑴c過渡金屬硫?qū)倩衔飳有纬呻娐?lián)通。本發(fā)明采用雙柵結(jié)構(gòu)，通過上下柵電極施加垂直電場(chǎng)，調(diào)節(jié)過渡金屬硫?qū)倩衔飳拥碾娮咏Y(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)光電探測(cè)器件的探測(cè)波長(zhǎng)電調(diào)控。

技術(shù)研發(fā)人員：王澤高,楊智豪,譚超
受保護(hù)的技術(shù)使用者：四川大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10