[发明专利]一种二维半导体和铁电材料功能互补型超宽光谱探测器

说明书

本发明公开一种二维半导体和铁电材料功能互补型超宽光谱探测器，其特征在于，所述光谱探测器包括：衬底、二维半导体、源电极、漏电极、铁电材料、栅电极；所述衬底的上表面设置有所述二维半导体、所述源电极、所述漏电极，所述源电极和所述漏电极分别设置在所述二维半导体的上表面的两端；所述二维半导体的两侧分别与所述源电极的下层金属和所述漏电极的下层金属连接；所述铁电材料设置在所述二维半导体、源电极和漏电极的上表面；所述栅电极的下表面与所述铁电材料的上表面连接。基于二维半导体和铁电材料的多功能互补来实现超宽光谱响应。

技术领域

本发明涉及光电探测领域，特别是涉及一种二维半导体和铁电材料功能互补型超宽光谱探测器。

背景技术

随着双色/多波段光电探测器在遥感、国防及工业等领域需求的不断增长，相关探测技术正朝着高灵敏、宽光谱、高分辨率、低功耗、小型化和智能化的方向发展。双色/多波段光电探测器可以实现不同波长的探测，成倍的扩大系统信息量，能够更加准确的获取目标信息，进而可以准确的辨别目标的绝对温度和各自特征，最终实现对目标的快速准确识别。在对目标的空间分布特征高速精确分辩的过程中，探测器阵列的规模、尺寸、工作速度和工作温度都是关键因素。然而，传统的双色/多波段探测器大多都是采用独立的探测成像器件，体积和功耗都很大，并且对制冷要求非常高。因此，非制冷型的双色/多波段光电探测器的微型化和大面积阵列成为必然趋势。

近年来，二维半导体由于其独特的物理、光学等特性，在光电探测应用领域展现出极大的潜力。与零带隙的石墨烯相比，多数过渡金属硫族化物因具备一定的带隙，属于典型半导体，这类材料在光电领域具备独特的优势。然而，受限于背景载流子浓度及迁移率等因素，无法方便高效地提高过渡金属硫族化物的光电流开关比、响应时间以及探测率等指标，导致它们在可见到近红外波段的光电性能受到限制。此外，由于禁带宽度的局限性，使大多数过渡金属硫族化物的截止探测波长只能到近红外波段，因此在很大程度上限制了其在宽光谱探测方面的应用。通过改变层数、应力、组分等方法，可以在一定范围内调控带隙的大小，如Ying Xie等人通过在二硫化钼(MoS₂)的原子晶格中引入缺陷，将MoS₂的探测波长拓展至2717nm。尽管利用能带调控的方法在一定程度上可拓展过渡金属硫族化物的探测波长，但应用单一的过渡金属硫族化物由于其低维特征，限制了其量子效率的提高，作为宽光谱探测器的光敏元仍然存在巨大挑战。

铁电材料是一类具有自发极化的电介质材料，并且其自发极化可以随外加电场的大小和方向的改变而改变。不仅如此，铁电材料还具备优异的热释电性、压电性等特性。其中，聚偏氟乙烯(PVDF)基聚合物是一类典型的有机铁电材料，以其独特的性能广泛的应用于非易失性铁电存储器、红外探测器、传感器等领域。基于热释电效应，铁电材料在非制冷红外探测器领域已得到广泛应用，然而此类探测器属于热红外技术领域，在响应率和响应时间上尚无法和光电导型光电探测器比拟。

将二维半导体与铁电材料相结合，已经在存储器、传感器和光电探测器等领域展开广泛研究。如基于聚偏二氟乙烯调控下的二维半导体光电探测器，在铁电极化电场的作用下，使得二维半导体的响应率、探测率、响应时间和探测波长等指标均得到大幅度改善。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够拓宽光谱检测范围的二维半导体和铁电材料功能互补型超宽光谱探测器。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种二维半导体和铁电材料功能互补型超宽光谱探测器，所述光谱探测器包括：衬底1、二维半导体2、源电极3、漏电极4、铁电材料5、栅电极6；

所述衬底1的上表面设置有所述二维半导体2、所述源电极3、所述漏电极4，所述源电极3和所述漏电极4分别设置在所述二维半导体2的上表面的两端；

所述源电极3和所述漏电极4均包括上层金属和下层金属，所述上层金属的厚度大于所述下层金属的厚度；