[發明專利]一種具有靜態負微分電阻特性的太赫茲器件

有效

• 申請號: 201810394455.4
• 申請日: 2018-04-27
• 公開（公告）號: CN108598258B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 王越;許坤遠;王劍瑩
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: H01L47/02
• 分類號: H01L47/02;H01L47/00
• 代理公司: 廣州駿思知識產權代理有限公司 44425
• 代理人: 吳靜芝

本發明涉及一種具有靜態負微分電阻特性的太赫茲器件，包括絕緣襯底層、二維半導體導電層、絕緣保護層、穿透所述二維半導體導電層的絕緣刻槽、輸入電極和輸出電極；所述絕緣刻槽包括第一絕緣刻槽和第二絕緣刻槽，所述第一絕緣刻槽和第二絕緣刻槽間隔設置，兩者之間形成納米溝道，并將二維半導體導電層除納米溝道以外的區域分隔成第一低電阻區域和第二低電阻區域；所述納米溝道與輸入電極、輸出電極相互平行；所述第一低電阻區域和第二低電阻區域分別與輸入電極和輸出電極相連，且通過納米溝道相互導通。本發明器件可以產生明顯的靜態負微分電阻效應，基于該效應可實現寬頻帶的太赫茲輻射。

技術領域

本發明涉及太赫茲技術領域，尤其涉及一種具有靜態負微分電阻特性的太赫茲器件。

背景技術

耿氏效應，也稱為轉移電子效應，是指在具有多能谷的半導體材料中，從外部獲得足夠能量的電子可以從導帶高遷移率的中心能谷躍遷到低遷移率的子能谷中，當半導體內大量電子出現類似運動時，在宏觀上半導體內電子遷移率將會降低，形成負微分電阻率，這種效應就是所謂的耿氏效應。耿氏二極管是一種基于耿氏效應而設計的半導體器件，其原理是利用這種負微分遷移率特性來獲取高頻信號。目前大多數的研究是利用這種負微分電阻效應，通過疇的生長、成熟以及消亡，并周期性的重復，從而輸出電流的周期性振蕩。

耿氏二極管的工作頻率可達到太赫茲范圍，國際上已有一百多個研究組織進行著關于太赫茲相關領域的研究。美國的國家基金會、國家航天局、國防部和國家衛生學會，日本、澳大利亞、韓國和中國等區域的研究機構進行著太赫茲波相關的研究。太赫茲(THz)波是指頻率在0.1THz～10THz(波長為3000μm～30μm)范圍內的電磁波，在電磁波譜中THz波段處于微波毫米波和紅外輻射之間，在長波段與毫米波(亞毫米波)相重合，其主要涉及電子學范疇；在短波段與紅外光相重合，其主要涉及光子學范疇，THz技術也就成為了一種交叉前沿科學。THz技術不僅綜合了電子學與光子學的特色，同時還涉及物理學、化學、光學、材料科學、微電子學和集成電路等多個學科。在太赫茲技術中，太赫茲輻射源和太赫茲探測器是其發展的主要領域，與傳統輻射源相比，由于其本質屬性，THz輻射源不僅具有紅外射線的強穿透特點，還具有微波波段的抗干擾能力，是一種新穎的、優點獨特的輻射源。而且由于太赫茲光譜包含著非常豐富的物理和化學信息，在物質結構的探索過程中，人們研究物質在該波段的光譜意義較大，因此激起人們對其廣泛的關注。

隨著人們對太赫茲技術應用需求的日益增長，耿氏二極管以其優秀的低功耗、低噪音、高功率、高穩定等微波輻射特性，逐漸作為一種太赫茲源受到人們的熱切關注，廣泛應用于雷達、衛星探測和自動防撞系統中。在人們不斷的研究中，傳統垂直結構的太赫茲耿氏器件，由于其結構復雜、成本高和難于集成等因素制約著太赫茲領域的進一步發展。而平面耿氏器件以其結構簡單、造價低廉和噪聲干擾小等特點日益凸顯成為太赫茲源的強大優勢，而且從集成電路的小型化和集成度方面，平面耿管也展現出很廣泛的應用前景。

發明內容

基于此，本發明的目的在于，提供一種具有靜態負微分電阻特性的太赫茲器件，該器件具有結構簡單、易于集成、覆蓋頻帶寬的優點。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：一種具有靜態負微分電阻特性的太赫茲器件，包括絕緣襯底層、設于所述絕緣襯底層上方的具有負微分遷移率的二維半導體導電層、設于所述二維半導體導電層上方的絕緣保護層、穿透所述二維半導體導電層的絕緣刻槽、以及設于所述二維半導體導電層兩側的輸入電極和輸出電極；所述絕緣刻槽包括靠近輸入電極一側的第一絕緣刻槽和靠近輸出電極一側的第二絕緣刻槽，所述第一絕緣刻槽和第二絕緣刻槽間隔設置，兩者之間形成納米溝道，并將所述二維半導體導電層除納米溝道以外的區域分隔成第一低電阻區域和第二低電阻區域，所述第一絕緣刻槽的一端短于所述第二絕緣刻槽同側的一端；所述納米溝道與輸入電極、輸出電極相互平行；所述第一低電阻區域和第二低電阻區域分別與輸入電極和輸出電極相連，且通過納米溝道相互導通。