[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

本發明公開一種基于光熱電轉換效應的超高頻光子探測器，屬于納米電子器件技術領域，包括鎖相放大器、h?BN透光層、InSe薄膜左Pd電極、InSe薄膜、P摻雜Si基底直流電源VL、P摻雜Si基底Pd電極、石墨屏蔽層直流電源VR、石墨屏蔽層Pd電極、石墨屏蔽層、h?BN基底、SiO₂氧化層、P摻雜Si基底、InSe薄膜右Pd電極，探測器具有暗電流小、精度高、抗干擾性強等優點。在實際探測中，利用器件非對稱結構及InSe薄膜的熱電性能，在被測光波照射下，通過在石墨屏蔽層及P摻雜Si基底施加不同的電壓，可獲得不同的溫差電勢，進而測試出光子能量及波長。

技術領域

本發明涉及納米電子器件技術領域，特別涉及一種基于光熱電轉換效應的超高頻光子探測器。

背景技術

近年來,太赫茲(1012Hz)波輻射源的飛速發展,為太赫茲應用開辟了極為廣闊的應用前景，同時對太赫茲波探測器件的性能提出了更高的要求,而太赫茲波探測技術的研究已經成為近年來最活躍的研究領

域之一。由于THZ源的低發射功率以及相對較高的熱背景的耦合的干擾,需要高靈敏度的探測手段。目前，最常用的手段是熱吸收的直接探測方法、超導混頻技術以及熱電子輻射技術,但以上三種技術途徑只能測出輻射的強度,不能提供更為精確的頻率及相位信息,且其靈敏度受到背景輻射的限制,所以對太赫茲光波在時域范圍內的直接和連續測量已成為目前亟待解決的難點。硒化銦是一種Ⅲ-Ⅵ族化合物，具有不同的化學結構，其中研究最多的是InSe和In₂Se₃。InSe在光電轉化、光催化、熱電轉換等方面具有優異的物理特性。為此，本發明采用Si、SiO₂、InSe、h-BN及石墨的復合結構來實現對超高頻光子的精準檢測。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術中的不足之處，提供一種靈敏度高、分辨率高、測試范圍廣、工藝簡單的超高頻光子探測器，用于測試THz光子波長等物理特性。

本發明所述的一種基于光熱電轉換效應的超高頻光波探測器包括鎖相放大器、h-BN透光層、InSe薄膜左Pd電極、InSe薄膜、P摻雜Si基底直流電源VL、P摻雜Si基底Pd電極、石墨屏蔽層直流電源VR、石墨屏蔽層Pd電極、石墨屏蔽層、h-BN基底、SiO₂氧化層、P摻雜Si基底、InSe薄膜右Pd電極，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。

進一步的，作為一種具體的結構形式，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、InSe薄膜左Pd電極、InSe薄膜右Pd電極、石墨屏蔽層直流電源VR、石墨屏蔽層Pd電極、P摻雜Si基底直流電源VL連接，可測量不同超高頻光波照射下，InSe薄膜兩個電極間的電壓差，進而獲取光波波長。

進一步的，作為一種具體的結構形式，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, 長度為40nm, 寬度為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。