[發明專利]一種非制冷超寬光譜光電轉換器及陣列探測器

在審

• 申請號: 202010119195.7
• 申請日: 2020-02-27
• 公開（公告）號: CN111403507A
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 吳東
• 申請（專利權）人: 蘇州東薇極光信息科技有限公司
• 主分類號: H01L31/032
• 分類號: H01L31/032;H01L31/0216;H01L31/0224;H01L31/102;H01L23/36
• 代理公司: 杭州知學知識產權代理事務所(普通合伙) 33356
• 代理人: 何紅信

本公開提供了一種非制冷超寬光譜光電轉換器及陣列探測器，旨在解決現有技術中光電轉換工質的材料，無法兼具覆蓋波長范圍寬和靈敏度的問題。非制冷超寬光譜光電轉換器，包括絕緣基底、光電轉換工質、感光端電極和冷端電極；光電轉換工質為三維狄拉克半金屬。非制冷超寬光譜陣列探測器，由若干個非制冷超寬光譜光電轉換器集成而成。光電轉換工質采用三維狄拉克半金屬：光電轉換探測器同時具有光電和光熱電復合效應，可以感光的范圍包含紫外、可見、近紅外、中紅外、遠紅外、太赫茲波段，可以感光超寬的光譜；且有較高的靈敏度。三維狄拉克半金屬作為光電轉換工質，可以直接利用光電轉換工質材料本身作為吸光媒質，從而提高探測器光響應度和速度。

技術領域

本公開屬于光電探測器領域，具體涉及一種非制冷超寬光譜光電轉換器及陣列探測器。

背景技術

光電探測器的工作原理是輻射引起被照射材料的電學、熱學等物理性質發生改變，在軍事和國民經濟的各個領域應用廣泛。

目前，由于受到材料電子能帶帶隙的限制，傳統的半導體光電探測往往只能覆蓋有限波長區域，特別在中長紅外波段，一直存在非制冷(室溫)條件下探測率低等諸多技術瓶頸。另一方面，傳統的金屬或半金屬雖然無帶隙，但光電效應低、暗電流大，明顯制約了其響應度的提升。因此，能利用特殊半金屬探測器的寬波段響應的獨特優勢，而又能將靈敏度提高到實用化水平，一直是光電子學領域的一個重要難點。

此外，光熱釋電型光電轉換器的感光區和非感光區基本是位于同一平面上，由于在恒定的感光范圍下，非感光區占據一定的感光范圍，導致感光范圍內感光區的面積會縮小，光能吸收率及空間集成度較低。

發明內容

本公開提供了一種非制冷超寬光譜光電轉換器及陣列探測器，旨在解決現有技術中光電轉換工質的材料，無法兼具覆蓋波長范圍寬和相應速度快的問題。

為了解決上述技術問題，本公開所采用的技術方案為：

一方面，本公開提供了一種非制冷超寬光譜光電轉換器，包括絕緣基底、光電轉換工質、感光端電極和冷端電極；所述光電轉換工質覆設在絕緣基底上；

所述光電轉換工質包括感光區和與感光區相連的非感光區；光電轉換工質兩端分別為位于感光區一端的感光端和位于非感光區一端的冷端，感光端電極與感光端相連，冷端電極與冷端相連；所述光電轉換工質為三維狄拉克半金屬。

進一步改進的方案：所述感光區和非感光區相互垂直且構成L形。

光電轉換工質為由感光區和垂直于感光區的非感光區的L形，光電轉換工質兩端分別為位于感光區一端的感光端和位于非感光區一端的冷端；一方面，非感光區不會占據感光范圍，感光范圍完全由感光區占據，光能吸收率高；另一方面，可以使光電轉換工質冷端避開感光區輻射區，避免冷端收光照射的影響。

進一步改進的方案：所述絕緣基底為具備電絕緣和/或熱絕緣的絕緣基底。

進一步改進的方案：所述感光區的上表面設有抗反膜；所述感光區的下表面設有增反膜；所述感光區的感光面為黑化面，或者，感光區的感光面為磨砂面。

光電轉換工質在晶體形態下的表面通常非常光滑，對光別是中遠紅外的光具有非常大的反射率，被反射的光逸出探測器造成探測率低下；設置抗反膜可以將被反射的光重新反射至光電轉換工質感光區重新吸收；增反膜可以將穿透光電轉換工質的光重新反射至感光區重新吸收；感光區的感光面設置為黑化面或磨砂面，可以減少感光區的反射；可以將光電轉換工質對光的吸收率提高到90％以上。

進一步改進的方案：所述冷端連接有熱沉基底；所述熱沉基底由導熱材料制成。可以使冷端與環境溫度保持一致。

進一步改進的方案：光電轉換工質厚度范圍為50nm-1μm。