[發明專利]一種基于光熱電轉換效應的超高頻光子探測器

在審

• 申請號: 201811077931.6
• 申請日: 2018-09-16
• 公開（公告）號: CN109119506A
• 公開（公告）日: 2019-01-01
• 發明（設計）人: 宋歡
• 申請（專利權）人: 宋歡
• 主分類號: H01L31/09
• 分類號: H01L31/09
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于光熱電轉換效應的超高頻光子探測器，其特征在于包括：包括鎖相放大器（1）、h-BN透光層（2）、InSe薄膜左Pd電極（3）、InSe薄膜（4）、P摻雜Si基底直流電源VL（5）、P摻雜Si基底Pd電極（6）、石墨屏蔽層直流電源VR（7）、石墨屏蔽層Pd電極（8）、石墨屏蔽層（9）、h-BN基底（10）、SiO₂氧化層（11）、P摻雜Si基底（12）、InSe薄膜右Pd電極（13），首先在摻雜濃度為2×10¹⁶cm^-3的厚度為200-240nm的P型雙面高拋光單晶硅基體上通過熱氧化法制備厚度為100-200nm的SiO₂氧化層，利用PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)轉移法將厚度為10nm厚度的石墨屏蔽層放置于SiO₂氧化層表面，再將采用化學氣相沉積法制備厚度為30nm的h-BN薄膜通過PMMA方法轉移至SiO₂氧化層及石墨屏蔽層的表面作為h-BN基底，然后將厚度為5nm的InSe薄膜通過PMMA方法轉移至h-BN基底的上表面，將厚度為20nm的h-BN薄膜通過PMMA方法轉移至InSe薄膜上表面作為h-BN透光層，以上每次轉移步驟都需要通過丙酮溶解、還原熱處理、氧化熱處理的工序以去除轉移過程中的PMMA殘留物，采用電子束蒸發法制備厚度為100nm的Pd電極。

2.根據權利要求1所述的一種基于光熱電轉換效應的超高頻光子探測器，其特征在于所述的Pd電極通過電子束蒸發法分別沉積在InSe薄膜上表面、石墨屏蔽層側面及P摻雜Si基底的側面，其中在InSe薄膜上表面，分別沉積左右對稱的兩個Pd電極，沉積厚度為100nm，通過導線將外部鎖相放大器（1）、InSe薄膜左Pd電極（3）、InSe薄膜右Pd電極（13）、石墨屏蔽層直流電源VR（7）、石墨屏蔽層Pd電極（8）、P摻雜Si基底直流電源VL（5）連接，可測量不同超高頻光波照射下，InSe薄膜（4）兩個電極間的電壓差，進而獲取光波波長。

3.根據權利要求1所述的一種基于光熱電轉換效應的超高頻光子探測器，其特征在于所述的石墨屏蔽層采用機械剝離法從高定向熱解石墨中獲取，厚度為10nm, 長度小于40nm, 寬度小于30nm的矩形薄膜，石墨屏蔽層夾在h-BN基底與SiO₂氧化層之間起到屏蔽電場的作用。

4.根據權利要求1所述的一種基于光熱電轉換效應的超高頻光子探測器，其特征在于所述的h-BN薄膜為采用化學氣相沉積法制備，h-BN透光層具有厚度為20nm且長度為50nm、寬度為30nm的矩形薄膜結構，h-BN基底的長度為80nm，寬度為40nm，厚度為10nm, 在制備過程中將其右邊底部留出矩形缺口用于放置石墨屏蔽層。

5.根據權利要求1所述的一種基于光熱電轉換效應的超高頻光子探測器，其特征在于所述的鎖相放大器采用30MHz高頻數字鎖相放大器，靈敏度1nV至1V，時間常數為3us至3Ks。