[發明專利]集成有多端口光波導的低維材料異質結光電探測器的制備方法

有效

• 申請號: 202110401485.5
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN113284962B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 蔣青松;白雨馳;張宇林;季仁東;周廣宏
• 申請（專利權）人: 淮陰工學院
• 主分類號: H01L31/0232
• 分類號: H01L31/0232;H01L31/109;H01L31/18
• 代理公司: 淮安市科文知識產權事務所 32223
• 代理人: 廖娜;李鋒

1.一種集成有多端口光波導的低維材料異質結光電探測器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：在襯底（1）上表面通過電子束曝光或者光刻以及ICP刻蝕工藝制備出多端口光波導、1×2第一光分束器、1×2第二光分束器、路由光波導（2）及其光耦合輸入端（6）；所述多端口光波導由N個錐形輸入光波導（3）和一個中心多模光波導（4）組成，其中N為偶數且大于等于4；

S2：在所述路由光波導（2）和所述多端口光波導上沉積低折射率材料層（14），然后利用化學機械拋光技術，實現所述路由光波導（2）和所述多端口光波導表面以及兩側平坦化；

S3：在平坦化后的所述多端口光波導上表面轉移二硫化鉬薄膜材料層（901）；

S4：將片狀氮化硼薄膜材料層（902）、黑鱗薄膜材料層（903）機械轉移至所述二硫化鉬薄膜材料層（901）上表面，利用電子束曝光或者光刻以及氧等離子刻蝕工藝，除去多余二硫化鉬薄膜材料層（901）、氮化硼薄膜材料層（902）和黑鱗薄膜材料層（903），形成低維材料異質結薄膜（9）；

S5：在所述低維材料異質結薄膜兩側沉積金屬材料層，形成第一正電極（10）、第二正電極（11）、第一負電極（12）和第二負電極（13）。

2.根據權利要求1所述的集成有多端口光波導的低維材料異質結光電探測器的制備方法，其特征在于，在所述S3中，還在平坦化后的所述路由光波導（2）上表面轉移石墨烯薄膜材料層；

在所述S4中，還除去多余的所述石墨烯薄膜材料層形成石墨烯電阻區域；

在所述S5中，在各所述1×2第二光分束器（7）和與其連接的各所述錐形輸入光波導（3）的輸入端之間的所述路由光波導（2）上，所述石墨烯電阻區域還形成石墨烯電阻加熱器（8）。

3.根據權利要求1所述的集成有多端口光波導的低維材料異質結光電探測器的制備方法，其特征在于，制備得到的光電探測器包括：襯底（1），路由光波導（2）和多端口光波導均形成于所述襯底（1）上；1×2第一光分束器（5）設置在所述路由光波導（2）的光耦合輸入端（6），每兩個所述錐形輸入光波導（3）的輸入端連接一個1×2第二光分束器（7），各所述1×2第二光分束器（7）分別與所述1×2第一光分束器（5）連接；低維材料異質結薄膜（9）覆蓋在所述多端口光波導的表面，第一正電極（10）、第二正電極（11）、第一負電極（12）和第二負電極（13）部分覆蓋在所述低維材料異質結薄膜（9）的四周，且第一正電極（10）和第二正電極（11）相對所述中心多模光波導（4）對角設置，第一負電極（12）和第二負電極（13）相對所述中心多模光波導（4）對角設置；所述低維材料異質結薄膜（9）與所述中心多模光波導（4）的傳輸方向垂直設置。

4.根據權利要求1所述的集成有多端口光波導的低維材料異質結光電探測器的制備方法，其特征在于，所述低維材料異質結薄膜（9）由自下而上依次覆蓋的二硫化鉬薄膜材料層（901）、氮化硼薄膜材料層（902）和黑鱗薄膜材料層（903）組成。

5.根據權利要求4所述的集成有多端口光波導的低維材料異質結光電探測器的制備方法，其特征在于，所述二硫化鉬薄膜材料層（901）的厚度為1nm~20nm，帶隙變化范圍為1.2eV~1.8eV；

所述黑鱗薄膜材料層（903）的厚度為1nm~20nm，帶隙變化范圍為0.3eV~1eV。

6.根據權利要求1、3至5中任一項所述的集成有多端口光波導的低維材料異質結光電探測器的制備方法，其特征在于，在各所述1×2第二光分束器（7）和與其連接的各所述錐形輸入光波導（3）的輸入端之間的所述路由光波導（2）上，還分別設置有石墨烯電阻加熱器（8）。

7.根據權利要求6所述的集成有多端口光波導的低維材料異質結光電探測器的制備方法，其特征在于，各所述石墨烯電阻加熱器（8）分別距離所述路由光波導200nm-3000nm。