[發明專利]一種光電器件光控二極管及其制作方法

在審

• 申請號: 202210028677.0
• 申請日: 2022-01-11
• 公開（公告）號: CN116469955A
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 劉馳;馮順;韓如月;孫東明;成會明
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: H01L31/113
• 分類號: H01L31/113;H01L31/0224;H01L31/18
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發明涉及納米半導體材料光電探測器和光電存儲器的研發與應用領域，具體為一種光電器件光控二極管及其制作方法。光控二極管是由六方氮化硼(h?BN)保護層、石墨烯電極、二硫化鉬(MoS₂)n?n^?結、h?BN光柵層和柵極介質層組成。基于以MoS₂n?n^?結和h?BN為光柵層異質結構的光控二極管，能夠實現光照下電流狀態由關態到整流態轉換，因而在集成時不需要外部的選通器件。隨著h?BN光柵層厚度增加，光控二極管由單一功能的光電探測器變為多功能的光電存儲器。基于光控二極管的光電存儲器具備弱光探測、非易失性高響應度、長時間存儲等功能；并且，制作了沒有任何外部選擇器的光電存儲陣列，演示了圖像存儲和信息處理功能。

技術領域

本發明涉及納米半導體材料光電探測器和光電存儲器的研發與應用領域，具體為一種光電器件光控二極管及其制作方法。

背景技術

光電探測器是一種能夠將光信號轉變為電信號的電子元件，被廣泛應用于成像，光通訊等領域。光電存儲器能夠同時實現光信號檢測、存儲和處理功能，有望應用于未來人工視覺神經形態系統。在光照作用下，現有的光電探測器和光電存儲器的電流狀態只能由關態到開態或者由整流態到開態轉換，使得其在集成時需要增加額外的選通器件。

在后摩爾時代，多功能芯片是最重要的發展方向之一[文獻1]。光電系統以其發射光、調制光、傳輸光和探測光的功能將光信號處理功能充分融合進現代芯片中，是多功能芯片最重要的組成部分之一。其中，探測光的功能主要由各類光電探測器來實現[文獻2-4]。光電存儲器，因其同時具備光信號探測，存儲和處理功能，有望應用于未來人工視覺系統中[文獻5-7]。盡管光電探測器和光電存儲器的種類繁多，按照接受光信號前后器件輸出端電流隨電壓的變化情況，目前已有的器件可以分成兩大類；以光電二極管為代表的器件在受到光照后，將使輸出信號由整流態變成開態；以光電導和光電晶體管為代表的器件將使輸出信號由關態變為開態[文獻8-9]。

盡管尚未有報道，從信號變化類型的完備性來看，應該還存在光照下使電流輸出狀態由關態變為整流態的器件。這種新型光電探測器件預計將在光邏輯、高精度成像等光電系統中發揮不可替代的關鍵作用。比如，隨著光電探測精度的逐步提高，迫切需要像素單元進一步小型化的光電探測和光電存儲陣列。然而，為避免陣列串擾的影響，現有的陣列必須為每一個探測單元配備一個用于控制信號讀取的晶體管或二極管作為選擇器，這從根本上限制了陣列的集成度，同時也提升了系統功耗、成本并降低了可靠性，這為未來實現高精度、高性能探測陣列帶來了巨大的挑戰。因此，為了解決這一問題，需要一種在光照后可使輸出電流由關態變為整流態的新型器件。這是因為這種器件可以被視為集成了一個光電探測器(光電存儲器)和一個二極管，只用一個器件便可以實現原本需要使用兩個器件來完成的功能。

參考文獻：

[1]International?Roadmap?for?Devices?and?Systems(IRDS)2017Edition.https://irds.ieee.org/roadmap-2017(2017).

[2]Pei,J.et?al.Towards?artificial?general?intelligence?with?hybridTianjic?chip?architecture.Nature?572,106–111(2019).

[3]Atabaki,A.H.et?al.Integrating?photonics?with?siliconnanoelectronics?for?the?next?generation?of?systems?on?a?chip.Nature?556,349–354(2018).