本發(fā)明涉及光電器件，尤其涉及一種雙向光響應器件及使用方法。

背景技術：

1、在現(xiàn)代光電子學領域，半導體p-n結(jié)被廣泛應用于半導體電子學、光電子學領域。例如，雙向光響應器件可以通過對p-n結(jié)的極性進行雙向切換，使其光電流在不同方向之間切換，進而實現(xiàn)雙向光響應。雙向光響應器件在光電神經(jīng)形態(tài)的正、負電導權重更新中起著重要作用，能夠減小人工神經(jīng)網(wǎng)絡中硬件的數(shù)量。

2、相關技術中，在對p-n結(jié)的極性進行雙向切換時，通常利用雙柵技術，例如雙柵靜電調(diào)制或雙柵鐵電調(diào)制來切換p-n結(jié)的極性。但是，利用雙柵技術切換p-n結(jié)的極性，進而實現(xiàn)雙向光響應，存在難度大，制作成本高的問題。

3、因此，如何簡便且低成本的實現(xiàn)雙向光響應，是目前亟待解決的問題。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明實施例提供一種雙向光響應器件及使用方法，可以簡便且低成本的實現(xiàn)雙向光響應。

2、本發(fā)明提供一種雙向光響應器件，包括：襯底、鐵電材料層、介電材料層、雙極性半導體材料層、第一電極及第二電極；

3、所述鐵電材料層與所述襯底相接觸；

4、所述介電材料層的第一部分與所述襯底相接觸，所述介電材料層的第二部分覆蓋在所述鐵電材料層上；

5、所述雙極性半導體材料層的第一區(qū)域與所述第一部分相接觸，所述雙極性半導體材料層的第二區(qū)域與所述第二部分相接觸；

6、所述第一電極與所述第一區(qū)域接觸，所述第二電極與所述第二區(qū)域接觸；

7、其中，所述第一區(qū)域與所述第一部分構成缺陷捕獲區(qū)域，所述第二區(qū)域與所述鐵電材料層構成鐵電調(diào)制區(qū)域；

8、在對所述雙向光響應器件施加單次柵壓脈沖的情況下，所述缺陷捕獲區(qū)域用于基于所述柵壓脈沖的脈沖方向，對所述第一區(qū)域產(chǎn)生第一極性摻雜；所述鐵電調(diào)制區(qū)域用于基于所述脈沖方向，對所述第二區(qū)域產(chǎn)生第二極性摻雜；所述第一極性與所述第二極性相反。

9、可選地，在所述脈沖方向為正向柵壓脈沖的情況下，所述缺陷捕獲區(qū)域，進一步用于：

10、對所述第一區(qū)域產(chǎn)生第一極性摻雜，所述第一極性為p型；

11、所述鐵電調(diào)制區(qū)域，進一步用于：

12、對所述第二區(qū)域產(chǎn)生第二極性摻雜，所述第二極性為n型；

13、所述雙極性半導體材料層的所述第一區(qū)域為p型區(qū)域，所述第二區(qū)域為n型區(qū)域。

14、可選地，在所述脈沖方向為負向柵壓脈沖的情況下，所述缺陷捕獲區(qū)域，進一步用于：

15、對所述第一區(qū)域產(chǎn)生第一極性摻雜，所述第一極性為n型；

16、所述鐵電調(diào)制區(qū)域，進一步用于：

17、對所述第二區(qū)域產(chǎn)生第二極性摻雜，所述第二極性為p型；

18、所述雙極性半導體材料層的所述第一區(qū)域為n型區(qū)域，所述第二區(qū)域為p型區(qū)域。

19、可選地，所述雙極性半導體材料層為同質(zhì)結(jié)。

20、可選地，所述襯底的材料為二氧化硅sio2，所述鐵電材料層的材料為硫化銅銦二磷六硫cuinp2s6，所述介電材料層的材料為六方氮化硼h-bn，所述雙極性半導體材料層的材料為二硒化鎢wse2。

21、可選地，所述第一電極、所述第二電極與所述雙極性半導體材料層之間形成歐姆接觸。

22、可選地，所述第一電極及所述第二電極的材料為金au。

23、本發(fā)明還提供一種雙向光響應器件的使用方法，包括：

24、向所述雙向光響應器件施加單次柵壓脈沖；

25、其中，所述柵壓脈沖用于驅(qū)動缺陷捕獲區(qū)域基于所述單次柵壓脈沖的脈沖方向，對第一區(qū)域產(chǎn)生第一極性摻雜；驅(qū)動鐵電調(diào)制區(qū)域基于所述脈沖方向，對所述第二區(qū)域產(chǎn)生第二極性摻雜；所述第一極性與所述第二極性相反。

26、可選地，所述向所述雙向光響應器件施加單次柵壓脈沖，包括：

27、向所述雙向光響應器件施加單次正向柵壓脈沖；

28、其中，所述正向柵壓脈沖用于驅(qū)動所述缺陷捕獲區(qū)域基于所述單次正向柵壓脈沖，對第一區(qū)域產(chǎn)生第一極性摻雜，所述第一極性為p型；

29、驅(qū)動所述鐵電調(diào)制區(qū)域基于所述單次正向柵壓脈沖，對所述第二區(qū)域產(chǎn)生第二極性摻雜，所述第二極性為n型；

30、所述雙極性半導體材料層的第一區(qū)域為p型區(qū)域，第二區(qū)域為n型區(qū)域。

31、可選地，所述向所述雙向光響應器件施加單次柵壓脈沖，包括：

32、向所述雙向光響應器件施加單次負向柵壓脈沖；

33、其中，所述負向柵壓脈沖用于驅(qū)動所述缺陷捕獲區(qū)域基于所述單次負向柵壓脈沖，對第一區(qū)域產(chǎn)生第一極性摻雜，所述第一極性為n型；

34、驅(qū)動所述鐵電調(diào)制區(qū)域基于所述單次負向柵壓脈沖，對所述第二區(qū)域產(chǎn)生第二極性摻雜，所述第二極性為p型；

35、所述雙極性半導體材料層的第一區(qū)域為n型區(qū)域，第二區(qū)域為p型區(qū)域。

36、本發(fā)明提供的雙向光響應器件及使用方法，其中，雙向光響應器件包括：襯底、鐵電材料層、介電材料層、雙極性半導體材料層、第一電極及第二電極；鐵電材料層與襯底相接觸；介電材料層的第一部分與襯底相接觸，介電材料層的第二部分覆蓋在鐵電材料層上；雙極性半導體材料層的第一區(qū)域與第一部分相接觸，雙極性半導體材料層的第二區(qū)域與第二部分相接觸；第一電極與第一區(qū)域接觸，第二電極與第二區(qū)域接觸；在上述雙向光響應器件中，在對雙向光響應器件施加單次柵壓脈沖的情況下，雙極性半導體材料層中的電荷會穿過介電材料層被缺陷捕獲，從而使缺陷捕獲區(qū)域?qū)Φ谝粎^(qū)域產(chǎn)生第一極性摻雜；同時，鐵電調(diào)制區(qū)域在單次柵壓脈沖后會產(chǎn)生非易失性的剩余極化場，剩余極化場對第二區(qū)域產(chǎn)生第二極性摻雜，并且第一極性與第二極性相反；因此，通過上述雙向光響應器件，利用缺陷捕獲區(qū)域和鐵電調(diào)制區(qū)域在雙極性半導體材料層的相反調(diào)制機制，使該雙向光響應器件僅通過被施加單次柵壓脈沖即可實現(xiàn)對雙極性半導體材料層的極性進行雙向切換，即，該雙向光響應器件可以“一鍵式”實現(xiàn)對半導體材料層的極性進行雙向切換，因此可以簡便且低成本的實現(xiàn)雙向光響應。

技術特征：

1.一種雙向光響應器件，其特征在于，包括：襯底、鐵電材料層、介電材料層、雙極性半導體材料層、第一電極及第二電極；

2.根據(jù)權利要求1所述的雙向光響應器件，其特征在于，在所述脈沖方向為正向柵壓脈沖的情況下，所述缺陷捕獲區(qū)域，進一步用于：

3.根據(jù)權利要求1所述的雙向光響應器件，其特征在于，在所述脈沖方向為負向柵壓脈沖的情況下，所述缺陷捕獲區(qū)域，進一步用于：

4.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的雙向光響應器件，其特征在于，所述雙極性半導體材料層為同質(zhì)結(jié)。

5.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的雙向光響應器件，其特征在于，所述襯底的材料為二氧化硅sio2，所述鐵電材料層的材料為硫化銅銦二磷六硫cuinp2s6，所述介電材料層的材料為六方氮化硼h-bn，所述雙極性半導體材料層的材料為二硒化鎢wse2。

6.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的雙向光響應器件，其特征在于，所述第一電極、所述第二電極與所述雙極性半導體材料層之間形成歐姆接觸。

7.根據(jù)權利要求6所述的雙向光響應器件，其特征在于，所述第一電極及所述第二電極的材料為金au。

8.一種如權利要求1至7中任一項所述的雙向光響應器件的使用方法，其特征在于，包括：

9.根據(jù)權利要求8所述的使用方法，其特征在于，所述向所述雙向光響應器件施加單次柵壓脈沖，包括：

10.根據(jù)權利要求8所述的使用方法，其特征在于，所述向所述雙向光響應器件施加單次柵壓脈沖，包括：

技術總結(jié)
本發(fā)明提供一種雙向光響應器件及使用方法，雙向光響應器件包括：襯底、鐵電材料層、介電材料層、雙極性半導體材料層、第一電極及第二電極；鐵電材料層與襯底相接觸；介電材料層的第一部分與襯底相接觸，介電材料層的第二部分覆蓋在鐵電材料層上；雙極性半導體材料層的第一區(qū)域與第一部分相接觸，雙極性半導體材料層的第二區(qū)域與第二部分相接觸；第一電極與第一區(qū)域接觸，第二電極與第二區(qū)域接觸；在上述器件中，利用缺陷捕獲區(qū)域和鐵電調(diào)制區(qū)域在雙極性半導體材料層的相反調(diào)制機制，使該雙向光響應器件僅通過被施加單次柵壓脈沖即可實現(xiàn)對雙極性半導體材料層的極性進行雙向切換，因此可以簡便且低成本的實現(xiàn)雙向光響應。

技術研發(fā)人員：夏從新,李洪志,蔣玉榮,宋孝輝,于雷鳴,張隨財
受保護的技術使用者：河南師范大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/10/10