[發(fā)明專利]基于等離子體共振的晶體管及其制備方法、太赫茲探測器在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 202210329433.6 | 申請日： | 2022-03-30 |
| 公開（公告）號： | CN114695575A | 公開（公告）日： | 2022-07-01 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 徐友龍;侯文強(qiáng);鄭欽允 | 申請（專利權(quán)）人： | 西安交通大學(xué) |
| 主分類號： | H01L31/0232 | 分類號： | H01L31/0232;H01L31/113;H01L31/18;B82Y30/00;G01J1/42;G02B5/00 |
| 代理公司： | 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200 | 代理人： | 范巍 |
| 地址： | 710049 *** | 國省代碼： | 陜西;61 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 基于 等離子體 共振 晶體管 及其 制備 方法 赫茲 探測器 | ||
本發(fā)明公開的基于等離子體共振的晶體管及其制備方法、太赫茲探測器，將太赫茲天線與晶體管耦合，不僅可以通過調(diào)節(jié)天線和晶體管電極的集成方式來調(diào)節(jié)溝道處太赫茲感生電場的分布，還可以通過溝道處二維材料表面的金屬納米顆粒，利用表面等離子體共振原理，進(jìn)一步的提高感生電場的場強(qiáng)，提高光響應(yīng)電流。合理設(shè)計(jì)的天線尺寸可以耦合目標(biāo)探測頻率，溝道處選取遷移率高的二維材料，結(jié)合上述設(shè)計(jì)，協(xié)同工作，提高太赫茲探測器的探測性能。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及太赫茲探測技術(shù)領(lǐng)域，具體為基于等離子體共振的晶體管及其制備方法、太赫茲探測器。
背景技術(shù)
太赫茲(Terahertz，THz)波是紅外波段和微波波段之間的一段電磁波，其頻率一般在100GHz-10THz之間，波長在3mm-30μm之間。由于其獨(dú)特的性質(zhì)，具有光子能量低、輻射頻譜寬、穿透性較強(qiáng)、光譜分辨率高等特點(diǎn)，被用于通信、雷達(dá)、醫(yī)學(xué)、安檢和器件材料表征等領(lǐng)域。
太赫茲探測器是目前太赫茲領(lǐng)域的一個研究熱點(diǎn)，如何實(shí)現(xiàn)常溫常壓下，高靈敏、快速的檢測太赫茲波，也是目前太赫茲探測器的一大難點(diǎn)。為了滿足高靈敏和高響應(yīng)度的條件，具有超快載流子遷移率的高電子遷移率晶體管(High Electron MobilityTransistor，HEMT)也成為了探測器研究中的熱點(diǎn)。隨著新興的很多二維材料的出現(xiàn)，如：石墨烯、黑磷、二硫化鉬等，使得高電子遷移率晶體管相比于其他基于熱電效應(yīng)的探測器來說，擁有較快的響應(yīng)速度。
目前為了提高HEMT太赫茲探測器的探測靈敏度，會集成一些特殊結(jié)構(gòu)的天線，去耦合空間中的自由太赫茲波，在探測器溝道處形成特殊的太赫茲感生電場。為了進(jìn)一步提高探測器的性能，還得使得溝道中的感生電場的強(qiáng)度繼續(xù)提高。目前為止，室溫下的高靈敏度、高響應(yīng)速度、低成本的太赫茲探測器依舊比較緊缺。現(xiàn)有報道的太赫茲探測器探測頻率較單一，且制備工藝復(fù)雜，所需材料價格昂貴，導(dǎo)致相關(guān)太赫茲設(shè)備與器件價格及其昂貴，一直限制了太赫茲探測器領(lǐng)域的發(fā)展。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種基于等離子體共振的晶體管及其制備方法、太赫茲探測器，該太赫茲探測器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，制備工藝簡單，可以在室溫下實(shí)現(xiàn)多頻段太赫茲波探測的探測器能夠在室溫下實(shí)現(xiàn)多頻段太赫茲波探測。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
一種等離子體共振的場效應(yīng)晶體管，包括基底以及設(shè)置其頂面的溝道，溝道中設(shè)置二維材料，二維材料上形成有金屬納米顆粒，溝道的兩端設(shè)置有源極和漏極并與二維材料形成歐姆接觸，源極和漏極之間設(shè)置有柵極，柵極通過柵氧化層設(shè)置在二維材料上。
優(yōu)選的，所述二維材料為薄膜，材質(zhì)為石墨烯、黑磷、二硫化鉬或二硒化鉬。
優(yōu)選的，所述金屬納米顆粒為金、銀、銅、鉑、鋁、鐵、鈷或鎳納米顆粒。
優(yōu)選的，所述基底為硅/化硅片、氮化鎵、氮化鎵鋁或碳化硅。
一種等離子體共振的場效應(yīng)晶體管的制備方法，包括以下步驟：
步驟1、將二維材料轉(zhuǎn)移至基底表面，并去除溝道以外的二維材料；
步驟2、在二維材料上形成金屬納米顆粒；
步驟3、在溝道的二維材料兩端設(shè)置源和漏極，并與二維材料形成歐姆接觸；
步驟4、在源極和漏極之間的二維材料上形成柵介質(zhì)層，并在其上形成柵極，得到等離子體共振的場效應(yīng)晶體管。
優(yōu)選的，步驟2中采用真空濺射、沉積、蒸鍍或化學(xué)還原方法在二維材料表面形成金屬納米顆粒。
一種基于等離子體共振的場效應(yīng)晶體管的太赫茲探測器，包括基板、太赫茲天線以及所述的等離子體共振的場效應(yīng)晶體管；
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H01L 半導(dǎo)體器件；其他類目中不包括的電固體器件
H01L31-00 對紅外輻射、光、較短波長的電磁輻射，或微粒輻射敏感的，并且專門適用于把這樣的輻射能轉(zhuǎn)換為電能的，或者專門適用于通過這樣的輻射進(jìn)行電能控制的半導(dǎo)體器件；專門適用于制造或處理這些半導(dǎo)體器件或其部件的方法或
H01L31-02 .零部件
H01L31-0248 .以其半導(dǎo)體本體為特征的
H01L31-04 .用作轉(zhuǎn)換器件的
H01L31-08 .其中的輻射控制通過該器件的電流的，例如光敏電阻器
H01L31-12 .與如在一個共用襯底內(nèi)或其上形成的，一個或多個電光源，如場致發(fā)光光源在結(jié)構(gòu)上相連的，并與其電光源在電氣上或光學(xué)上相耦合的
