[發明專利]一種光電探測器及其應用

有效

• 申請號: 201710328231.9
• 申請日: 2017-05-11
• 公開（公告）號: CN107068785B
• 公開（公告）日: 2018-12-28
• 發明（設計）人: 于浩海;郗淑萌;張懷金;王剛;翁紅明;王繼揚
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01L31/032
• 分類號: H01L31/032;H01L31/09
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉奇

本發明提供了一種光電探測器，包括光電轉換材料、電極、光源、電壓源和電流表；所述光電轉換材料的材質為外爾半金屬材料。本發明提供的光電探測器無需改變外爾半金屬本身的能帶結構，應用于光電探測領域中，能夠實現在≤300K溫度下寬波段(紫外、可見、近紅外、中遠紅外和太赫茲波段)響應。此外，本發明提供的光電探測器結構簡單，無需像基于石墨烯材料的光電探測器需要襯底，也不像基于窄帶隙半導體材料的光電探測器一般應用于低溫(100K以下)環境中，因而必須有制冷裝置。

技術領域

本發明涉及光電探測技術領域，特別涉及一種光電探測器及其應用。

背景技術

具有寬波段響應(紫外、可見、紅外乃至太赫茲)的光電探測技術在許多先進技術領域有重要應用，如成像、遙感、環境監測以及光通信等。因此，自十九世紀光電效應被發現以來，將光信號轉化為電信號的寬波段光電探測器就引起了廣泛的關注。

基于光電效應，當入射光子能量高于半導體能隙時，電子吸收能量從價帶躍遷至導帶，實現光電探測，這促進了窄帶隙半導體材料(如HgCdTe、PbS和PbSe)在寬波段尤其是中紅外區探測的應用。但是由于電子的玻爾茲曼分布，熱致載流子的產生將會掩蓋光生載流子，因此基于窄帶隙半導體材料的光電探測器一般應用于低溫(100K以下)環境中。

近年來報道的石墨烯材料由于其無能隙的能帶結構和超高的載流子遷移率(10⁵cm²V^-1s^-1)成為寬波段光電探測領域研究的熱點。但此類材料對光的吸收能力弱(單層吸收率為2.3％)，限制了光-電信號轉化效率以及室溫下可探測到的載流子的產生。目前，基于石墨烯的寬波段探測器已經實現了從可見到中紅外波段(532nm～10.31μm)的響應，但同樣是在低溫(150K以下)環境中實現的。研究表明，通過打開能隙或者引入缺陷態可以改善石墨烯光吸收性能及光電響應性能，但這同時也削弱了其寬波段探測的優勢。

此外，無論是基于窄帶隙半導體材料還是石墨烯的光電探測器，均存在結構復雜的問題，限制了其在現實中的應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種光電探測器及其應用，本發明提供的光電探測器結構簡單，應用于光電探測領域中，能夠實現在≤300K溫度下寬波段(紫外、可見、近紅外、中遠紅外和太赫茲波段)響應。

本發明提供了一種光電探測器，包括光電轉換材料、電極、光源、電壓源和電流表；

所述光電轉換材料的材質為外爾半金屬材料。

優選的，所述外爾半金屬材料包括TaAs、NbAs、TaP、NbP、Cd₃As₂或ZrTe₅。

優選的，所述電極的材質包括銅、金、銀、鉑或鎳。

優選的，所述光電轉換材料設置在所述電極之間，與所述電極形成歐姆接觸。

優選的，所述光電轉換材料的形狀為塊體。

優選的，所述光電轉換材料與所述電極形成歐姆接觸的兩個接觸面是平行的。

優選的，所述光電轉換材料與所述電極無歐姆接觸的一側設置有所述光源。

優選的，還包括導線，所述電極、電壓源和電流表通過導線連接，形成回路。

優選的，所述電壓源施加的電壓為1nV～1V。

本發明提供了上述技術方案所述光電探測器在光電探測領域中的應用，所適用的溫度為≤300K；所適用的波段為紫外、可見、近紅外、中遠紅外和太赫茲波段。