[发明专利]半导体结构、光电器件、光探测器及光探测仪

说明书

本发明涉及一种半导体结构、光电器件、光探测器及光谱仪。本发明提供了新型的基于混合维度异质结构的半导体结构以及其相关应用。半导体结构包括：一半导体层；至少一根金属型碳纳米管，该至少一根金属型碳纳米管设置于所述半导体层的第一表面；至少一石墨烯层，该至少一石墨烯层设置于所述半导体层的第二表面，使所述半导体层设置于所述至少一根金属型碳纳米管和所述至少一石墨烯层之间，所述至少一根金属型碳纳米管与所述至少一石墨烯层纵横交叉设置，而形成至少一个交叉层叠区域，在每一个交叉层叠区域，所述金属型碳纳米管、所述半导体层及所述石墨烯层相互层叠形成一多层立体结构。

技术领域

本发明涉及一种基于混合维度异质结构的半导体结构、光电器件、光探测器及光谱仪。

背景技术

近年来，范德华异质结是最近两年的新兴研究领域。范德华异质结通过将具有不同性质(电学以及光学等)的二维材料堆到一起，可以实现对组合而成的“新”材料的性质进行人工调控；由于层间弱的范德华作用力，相邻的层间不再受晶格必须相匹配的限制；并且，由于没有成分过渡，所形成的异质结具有原子级陡峭的载流子(势场)梯度；由于以过渡金属双硫族化物为代表的非石墨烯二维层状材料通常可以形成二类能带关系，因此以它们为基础搭建的异质结具有非常强的载流子分离能力；此外，由于超薄的厚度以及特殊的二维结构，使其具有强的栅极响应能力，以及与传统微电子加工工艺和柔性基底相兼容的特性。

发明内容

本发明提供了新型的基于混合维度异质结构的半导体结构以及其相关应用。

一种半导体结构，其包括：一半导体层，该半导体层具有第一表面和与第一表面相对的第二表面；至少一根金属型碳纳米管，该至少一根金属型碳纳米管设置于所述半导体层的第一表面；至少一石墨烯层，该至少一石墨烯层设置于所述半导体层的第二表面，使所述半导体层设置于所述至少一根金属型碳纳米管和所述至少一石墨烯层之间，所述至少一根金属型碳纳米管与所述至少一石墨烯层纵横交叉设置，而形成至少一个交叉层叠区域，在每一个交叉层叠区域，所述金属型碳纳米管、所述半导体层及所述石墨烯层相互层叠形成一多层立体结构。

一种光电器件，其包括：一栅极，该栅极为一层状结构；一绝缘层，该绝缘层设置于所述栅极的表面；至少一根金属型碳纳米管，该至少一根金属型碳纳米管设置于所述绝缘层远离所述栅极的表面；一半导体层，所述半导体层覆盖所述至少一根金属型碳纳米管，并设置于所述绝缘层的表面；至少一石墨烯层，该至少一石墨烯层设置于所述半导体层的表面，使所述半导体层位于所述至少一根金属型碳纳米管与所述至少一石墨烯层之间，其中，所述至少一根金属型碳纳米管与所述至少一石墨烯层纵横交叉设置，而形成至少一个交叉层叠区域，在每一个交叉层叠区域，所述金属型碳纳米管、所述半导体层、所述石墨烯层三者相互层叠形成一多层立体结构；至少一第一电极，所述至少一第一电极分别与所述至少一根金属型碳纳米管电连接；至少一第二电极，所述至少一第二电极与所述至少一石墨烯层电连接。

一种光探测器，其包括一光电器件、至少一电流探测元件及至少一电源，其中，所述光电器件为上述光电器件，所述光电器件中，每一多层立体结构均与一第一电极、一第二电极相连接，与同一多层立体结构相连接的第一电极、第二电极连接同一电流探测元件和电源，且连接同一第一电极和第二电极的电流探测元件和电源在同一回路上。

一种光谱仪，其包括至少一光探测器，其中，所述光探测器为上述光探测器。

与现有技术相比，本发明将金属型碳纳米管、半导体层及石墨烯层垂直叠加在一起而得到一混合维度异质结构的半导体结构及其光电器件，该半导体结构及光电器件在未来的纳米电子学和纳米光电子学领域具有巨大的应用潜力。此外，该半导体结构及光电器件可应用于光探测器及光谱仪中，在外加电场的作用下，该光探测器及光谱仪的分辨率和响应度可以调控，并且能够实现高精度、高灵敏度及高精度。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的半导体结构的整体结构示意图。

图2为本发明第一实施例提供的半导体结构的立体结构示意图。