[发明专利]一种基于光热电转换效应的超高频光子探测器

说明书

本发明公开一种基于光热电转换效应的超高频光子探测器，属于纳米电子器件技术领域，包括锁相放大器、h‑BN透光层、InSe薄膜左Pd电极、InSe薄膜、P掺杂Si基底直流电源VL、P掺杂Si基底Pd电极、石墨屏蔽层直流电源VR、石墨屏蔽层Pd电极、石墨屏蔽层、h‑BN基底、SiO₂氧化层、P掺杂Si基底、InSe薄膜右Pd电极，探测器具有暗电流小、精度高、抗干扰性强等优点。在实际探测中，利用器件非对称结构及InSe薄膜的热电性能，在被测光波照射下，通过在石墨屏蔽层及P掺杂Si基底施加不同的电压，可获得不同的温差电势，进而测试出光子能量及波长。

技术领域

本发明涉及纳米电子器件技术领域，特别涉及一种基于光热电转换效应的超高频光子探测器。

背景技术

近年来,太赫兹(1012Hz)波辐射源的飞速发展,为太赫兹应用开辟了极为广阔的应用前景，同时对太赫兹波探测器件的性能提出了更高的要求,而太赫兹波探测技术的研究已经成为近年来最活跃的研究领

域之一。由于THZ源的低发射功率以及相对较高的热背景的耦合的干扰,需要高灵敏度的探测手段。目前，最常用的手段是热吸收的直接探测方法、超导混频技术以及热电子辐射技术,但以上三种技术途径只能测出辐射的强度,不能提供更为精确的频率及相位信息,且其灵敏度受到背景辐射的限制,所以对太赫兹光波在时域范围内的直接和连续测量已成为目前亟待解决的难点。硒化铟是一种Ⅲ-Ⅵ族化合物，具有不同的化学结构，其中研究最多的是InSe和In₂Se₃。InSe在光电转化、光催化、热电转换等方面具有优异的物理特性。为此，本发明采用Si、SiO₂、InSe、h-BN及石墨的复合结构来实现对超高频光子的精准检测。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术中的不足之处，提供一种灵敏度高、分辨率高、测试范围广、工艺简单的超高频光子探测器，用于测试THz光子波长等物理特性。

本发明所述的一种基于光热电转换效应的超高频光波探测器包括锁相放大器、h-BN透光层、InSe薄膜左Pd电极、InSe薄膜、P掺杂Si基底直流电源VL、P掺杂Si基底Pd电极、石墨屏蔽层直流电源VR、石墨屏蔽层Pd电极、石墨屏蔽层、h-BN基底、SiO₂氧化层、P掺杂Si基底、InSe薄膜右Pd电极，首先在掺杂浓度为2×10¹⁶cm^-3的厚度为200-240nm的P型双面高抛光单晶硅基体上通过热氧化法制备厚度为100-200nm的SiO₂氧化层，利用PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)转移法将厚度为10nm厚度的石墨屏蔽层放置于SiO₂氧化层表面，再将采用化学气相沉积法制备厚度为30nm的h-BN薄膜通过PMMA方法转移至SiO₂氧化层及石墨屏蔽层的表面作为h-BN基底，然后将厚度为5nm的InSe薄膜通过PMMA方法转移至h-BN基底的上表面，将厚度为20nm的h-BN薄膜通过PMMA方法转移至InSe薄膜上表面作为h-BN透光层，以上每次转移步骤都需要通过丙酮溶解、还原热处理、氧化热处理的工序以去除转移过程中的PMMA残留物，采用电子束蒸发法制备厚度为100nm的Pd电极。

进一步的，作为一种具体的结构形式，所述的Pd电极通过电子束蒸发法分别沉积在InSe薄膜上表面、石墨屏蔽层侧面及P掺杂Si基底的侧面，其中在InSe薄膜上表面，分别沉积左右对称的两个Pd电极，沉积厚度为100nm，通过导线将外部锁相放大器、InSe薄膜左Pd电极、InSe薄膜右Pd电极、石墨屏蔽层直流电源VR、石墨屏蔽层Pd电极、P掺杂Si基底直流电源VL连接，可测量不同超高频光波照射下，InSe薄膜两个电极间的电压差，进而获取光波波长。

进一步的，作为一种具体的结构形式，所述的石墨屏蔽层采用机械剥离法从高定向热解石墨中获取，厚度为10nm, 长度为40nm, 宽度为30nm的矩形薄膜，石墨屏蔽层夹在h-BN基底与SiO₂氧化层之间起到屏蔽电场的作用。