[發(fā)明專利]石墨烯/硅基體溝道電子倍增電荷耦合器件及其讀出方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011247033.8
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112420808A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐楊;呂建杭;穆尼爾;劉威;劉亦倫;劉晨;俞濱
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)杭州國際科創(chuàng)中心
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/10;H01L29/16;H01L29/423;H01L29/768;H01L27/148
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 劉靜

1.一種石墨烯/硅基體溝道電子倍增電荷耦合器件，其特征在于，自下而上依次包括柵極(1)、半導(dǎo)體硅襯底(2)、溝道層(3)和氧化物絕緣層(4)，所述氧化物絕緣層(4)上表面設(shè)有源極(5)和漏極(6)，在氧化物絕緣層(4)、源極(5)和漏極(6)上表面覆蓋單層石墨烯薄膜(7)；所述單層石墨烯薄膜(7)與源極(5)、漏極(6)相接觸，且不超出源極(5)與漏極(6)定義的范圍；所述半導(dǎo)體硅襯底(2)位于溝道層(3)的下方，所述溝道層(3)完全覆蓋半導(dǎo)體硅襯底(2)整個區(qū)域；所述半導(dǎo)體硅襯底(2)與溝道層(3)的摻雜類型相反。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯/硅基體溝道電子倍增電荷耦合器件，其特征在于，所述溝道層(3)為半導(dǎo)體硅襯底(2)的上表面進(jìn)行摻雜而形成，摻雜深度為5μm～20μm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯/硅基體溝道電子倍增電荷耦合器件，其特征在于，所述氧化物絕緣層(4)為二氧化硅，厚度為5nm～100nm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯/硅基體溝道電子倍增電荷耦合器件，其特征在于，當(dāng)器件工作時，在柵極(1)和漏極(6)之間施加三角波偏壓，驅(qū)動半導(dǎo)體硅襯底(2)進(jìn)入雪崩狀態(tài)，同時讀取該回路中的電流作為信號電流，得到入射光功率。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯/硅基體溝道電子倍增電荷耦合器件，其特征在于，其信號讀取采用雙采樣讀取，即在柵壓運行過程中，在讀出光電流前選取一個初始位置并讀出該點電流，將兩個采樣值相減得到最后的輸出。

6.一種權(quán)利要求1-5任一項所述的石墨烯/硅基體溝道電子倍增電荷耦合器件的讀出方法，其特征在于，該方法包括：在器件的柵極和源極之間施加一定頻率的三角波電壓。當(dāng)電壓從0開始增加并處于小偏壓范圍時，選取固定的采樣點，讀取此時流經(jīng)外電路的信號I₁。隨后電壓逐漸增加，在半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成深耗盡狀態(tài)，此時入射光線會在硅內(nèi)部積累光生電荷。電壓繼續(xù)增大到最高值，硅中產(chǎn)生雪崩。讀取此時的電流I₂，取兩者的差值作為器件的最終讀出信號。隨后電壓逐漸減小，器件復(fù)位。