[發明專利]基于激子絕緣體相特性的太赫茲探測器及其制備方法

有效

• 申請號: 202111448346.4
• 申請日: 2021-12-01
• 公開（公告）號: CN113871514B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 張凱;董卓;陳捷
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/032;H01L31/113;G01J1/42
• 代理公司: 蘇州三英知識產權代理有限公司 32412
• 代理人: 周仁青

本發明揭示了一種基于激子絕緣體相特性的太赫茲探測器及其制備方法，所述太赫茲探測器基于鉭鎳硒在室溫下具有激子絕緣體相特性實現對太赫茲波的有效探測，所述制備方法包括：S1、提供襯底；S2、在襯底上通過熱氧化法制備氧化層；S3、在氧化層上制備鉭鎳硒溝道層；S4、在部分氧化層及部分鉭鎳硒溝道層上制備電極層。本發明基于鉭鎳硒的優異物理特性，其窄的直接帶隙和室溫下激子絕緣體相用于室溫太赫茲探測器，實現了室溫下的高速、寬譜和高靈敏探測，為室溫太赫茲探測器的應用奠定了基礎。

技術領域

本發明屬于太赫茲探測器技術領域，具體涉及一種基于激子絕緣體相特性的太赫茲探測器及其制備方法。

背景技術

太赫茲（Terahertz，THz）輻射通常指的是波長在30μm～3mm(0.1 THz ～10 THz)、介于毫米波與紅外波之間的電磁波，處于微波電子學和紅外光子學的交叉、過渡區域。太赫茲波具有低能量（1 THz~4 meV，不會對生物體細胞結構造成破壞）、高透射（能穿透許多非金屬以及非極性材料）、安全性、指紋譜性以及高帶寬特性等特性，使其在無損檢測、安全檢查、空間通信、生物醫學等領域有著廣泛的應用。

太赫茲應用中的核心器件是太赫茲輻射源和太赫茲探測器，而室溫、高速、高靈敏的固態太赫茲探測器在其中具有舉足輕重的作用。一般來說，太赫茲探測技術可分為相干探測（同時獲取幅值和相位信號）和非相干探測（僅獲取幅值信號）兩種。非相干探測是利用探測器將太赫茲信號轉換為電流/電壓信號，從而實現太赫茲波的探測，相較于相干探測，其結構更簡單，便于小型化。非相干探測，目前市面上已有一些商用的太赫茲探測器，第一類是基于熱效應的熱釋電探測器、輻射熱探測器和高萊探測器，此類探測器有靈敏度或響應速度的限制；而另一類基于超導的探測器，其靈敏度是目前最高的，但需要在極低溫下工作。

因此，亟需開發新的材料和探索新的原理來實現室溫高靈敏太赫茲探測技術。三元層狀材料鉭鎳硒（Ta₂NiSe₅）在室溫下價帶出現反常的平坦化和加寬，具有激子絕緣體基態（EI）。當電子態與激子形成有關時，直接帶隙性質與EI相結合為研究光激發的作用提供了前所未有的機會，也為新型室溫太赫茲探測器提供了新的可能。

現有太赫茲探測器基于熱效應或超導型都面臨著各自的問題，包括響應速度慢、靈敏度低以及需要低溫等，無法滿足現有太赫茲技術應用的需求；同時，針對新型低維半導體材料中出現的新奇物理特性，未能很好的應用于太赫茲探測中，沒有進一步探索探測機制。

因此，針對上述技術問題，有必要提供一種基于激子絕緣體相特性的太赫茲探測器及其制備方法。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于激子絕緣體相特性的太赫茲探測器及其制備方法。

為了實現上述目的，本發明一實施例提供的技術方案如下：

一種基于激子絕緣體相特性的太赫茲探測器的制備方法，所述太赫茲探測器基于鉭鎳硒在室溫下具有激子絕緣體相特性實現對太赫茲波的有效探測，所述制備方法包括：

S1、提供襯底；

S2、在襯底上通過熱氧化法制備氧化層；

S3、在氧化層上制備鉭鎳硒溝道層；

S4、在部分氧化層及部分鉭鎳硒溝道層上制備電極層。

一實施例中，所述步驟S1中的襯底為高阻本征硅襯底，電阻率大于或等于20000Ω·cm。

一實施例中，所述步驟S2具體為：

在高阻本征硅襯底上通過干氧-濕氧-干氧氧化法制備厚度為200~400nm的二氧化硅層。

一實施例中，所述步驟S3具體為：

對制備有氧化層的襯底進行超聲清洗；