[发明专利]一种基于一维光栅的表面入射石墨烯光电探测器

权利要求书

1.一种基于一维光栅的表面入射石墨烯光电探测器，包括：

SOI衬底，由下至上依次包括硅、埋氧层和顶层硅；

刻蚀该顶层硅形成的一维光栅，该一维光栅由多个二氧化硅条(6)和多个硅条(7)交替分布构成，用以调制与石墨烯层作用的光场的空间分布；

形成于该一维光栅之上的石墨烯层(8)，作为有源层与其周围的光场作用产生电子空穴对；

形成于该石墨烯层(8)之上的第一叉指电极(4)和第二叉指电极(5)，二者均与石墨烯接触从而在接触面形成内建电场，用以实现对光生载流子的有效收集而形成光电流。

2.根据权利要求1所述的基于一维光栅的表面入射石墨烯光电探测器，所述埋氧层的厚度为3μm，所述顶层硅的厚度为220nm，刻蚀该顶层硅而形成的一维光栅的厚度为120nm。

3.根据权利要求1所述的基于一维光栅的表面入射石墨烯光电探测器，所述一维光栅中的多个二氧化硅条(6)和多个硅条(7)，能够实现对入射光光强分布进行调制。

4.根据权利要求3所述的基于一维光栅的表面入射石墨烯光电探测器，当垂直入射光是TE偏振态时，该一维光栅能够实现光场主要集中在硅条(7)中；与硅条(7)上的单层石墨烯接触的第一叉指电极(4)旁边的石墨烯能够产生更多的电子空穴对，在金属与石墨烯交界面产生的内建电场的作用下，电子空穴对分离，空穴和电子被第一叉指电极(4)和第二叉指电极(5)分别收集，从而产生从第二叉指电极(5)到第一叉指电极(4)的光电流。

5.根据权利要求1所述的基于一维光栅的表面入射石墨烯光电探测器，所述一维光栅调制与石墨烯层作用的光场的空间分布，实现不同电极处光场分布不同，从而在不同电极处产生不同数量的电子空穴对；由于第一叉指电极(4)和第二叉指电极(5)对称分布，其产生的光电流是反向的，当两电极处产生的光电流大小相等时，其向外输出的总光电流为0；由于一维光栅的存在，使得两电极处产生的光电流不同，因此其对外输出的总的光电流不为0。

6.根据权利要求1所述的基于一维光栅的表面入射石墨烯光电探测器，所述第一叉指电极(4)只与硅条(7)上的单层石墨烯接触，所述第二叉指电极(5)只与氧化硅条(6)上的单层石墨烯接触。

7.根据权利要求1所述的基于一维光栅的表面入射石墨烯光电探测器，所述第一叉指电极(4)和所述第二叉指电极(5)是同种金属Au/Ti，第一叉指电极(4)位于硅条(7)的中间，第二叉指电极(5)位于氧化硅条(6)的中间，叉指宽度为100nm，厚度为20nm/10nm。