[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

本發明涉及集成芯片領域，公開了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，制備的光電探測器中：路由光波導和多端口光波導均形成于襯底上，多端口光波導由N≥4個錐形輸入光波導和一個中心多模光波導組成；1×2第一光分束器設置在路由光波導的光耦合輸入端，每兩個錐形輸入光波導的輸入端連接一個分別與1×2第一光分束器連接的1×2第二光分束器；低維材料異質結薄膜覆蓋在多端口光波導的表面，在其兩端、中心多模光波導的四周還分別對角覆蓋第一、第二正電極和第一、第二負電極；低維材料異質結薄膜與中心多模光波導的傳輸方向垂直設置。本探測器能夠探測出高功率和多波段的光信號，響應度較高，光?電響應帶寬較大。

分案說明

本發明為申請日為2020年1月17日，申請號為2020100551334，發明名稱為“集成有多端口光波導的低維材料異質結光電探測器及其制備方法”的分案申請。

技術領域

本發明涉及集成芯片領域，特別涉及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。

背景技術

光-電探測器一般被用于探測光或其他電磁能量。目前探測器在有線或無線通信、傳感、監控、國家安全領域等方面具有重要實際應用。具體在光-電子集成芯片中，光-電探測器是接收端核心芯片之一，它將高速光數據轉換成電信號。光-電探測器一般來說是利用材料具有熱電效應、光電效應、電吸收效應，來探測光的強度大小。在光通信波段，目前基于的主要材料體系有III-V族材料、鍺（Ge）、硅（Si）。雖然基于這些材料體系的探測器取得具有良好的性能并且實現商用化，還是有諸多不足之處，例如，光學響應波長單一，器件尺寸較大，制備工藝復雜，成本較高等。

發明內容

發明目的：針對現有技術中存在的問題，本發明提供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，制備的光電探測器能夠探測出高功率和多波段的光信號，響應度較高，光-電響應帶寬較大。

技術方案：本發明提供了一種集成有多端口光波導的低維材料異質結光電探測器，襯底，路由光波導和多端口光波導均形成于所述襯底上，所述多端口光波導由N個錐形輸入光波導和一個中心多模光波導組成，其中N為偶數且大于等于4；1×2第一光分束器設置在所述路由光波導的光耦合輸入端，每兩個所述錐形輸入光波導的輸入端連接一個1×2第二光分束器，各所述1×2第二光分束器分別與所述1×2第一光分束器連接；低維材料異質結薄膜覆蓋在所述多端口光波導的表面，第一正電極、第二正電極、第一負電極和第二負電極部分覆蓋在所述低維材料異質結薄膜的四周，且第一正電極和第二正電極相對所述中心多模光波導對角設置，第一負電極和第二負電極相對所述中心多模光波導對角設置；所述低維材料異質結薄膜與所述中心多模光波導的傳輸方向垂直設置。

優選地，所述低維材料異質結薄膜由自上而下或自下而上依次覆蓋的二硫化鉬薄膜材料層、氮化硼薄膜材料層和黑鱗薄膜材料層組成。由于二硫化鉬薄膜材料層和黑鱗薄膜材料層分別具有不同的帶隙范圍，使得本探測器能夠探測到波段為400-690nm和1100nm~4000nm的光信號，光-電響應帶寬較大。

優選地，所述二硫化鉬薄膜材料層的厚度為1nm~20nm，帶隙變化范圍為1.2eV~1.9eV。

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

優選地，在各所述1×2第二光分束器與各所述錐形輸入光波導的輸入端之間的所述路由光波導上，還分別設置有石墨烯電阻加熱器。經1×2光分束器分成兩路的光信號分別從兩側的路由光波導傳輸至各錐形輸入光波導的路徑會有差別，這樣兩側光信號到達探測區的時間就會不同，導致探測高速的光信號質量差，本發明中在各錐形輸入光波導的輸入端與各1×2第二光分束器之間的路由光波導上分別設置石墨烯電阻加熱器，能夠對兩側的路由光波導進行加熱，從而調節兩側路由光波導的折射率，進而調節兩側光信號的傳播速率，使得經兩側路由光波導傳輸的光信號能夠同時到達探測區，使得探測到的光信號質量較好，響應度較高。