[发明专利]使用相变材料的光电器件

说明书

一种用于检测光的装置(200)，包括检测器(100)和读出电路(150)。检测器(100)包括：基板(10)、由基板(10)支撑的相变材料层(16)、与相变材料层(16)电接触的第一电极(14)、以及与相变材料层(16)电接触的第二电极(18)。第一电极和第二电极(14、18)可操作以通过由于第一电极与第二电极(14、18)之间的偏置电压使电流穿过相变材料而偏置相变材料(16)。读出电路(15)被配置为：通过在第一电极与第二电极(14、18)之间施加偏置电压而偏置相变材料层(16)；通过检测由于相变材料层(16)中的相变而导致的相变材料层(16)的电阻改变来检测入射到相变材料(16)上的光；在相变材料层(16)中的相变之后，通过经由第一电极和第二电极(14、18)施加重置脉冲来重置相变材料层(16)。

技术领域

本发明总体涉及一种光电器件及其操作方法。更具体但不排他地，本发明涉及一种基于相变材料的光电器件及其在光检测应用中的用途。

背景技术

光灵敏度高并且尺寸缩小的廉价光学传感器的发展受到它们对医疗器械到消费电子产品的广泛应用范围的积极影响的推动。在可见近红外(IR)光谱范围内在室温下下操作的市售光学传感器通常基于诸如硅(Si)和铟砷化镓(InGaAs)的半导体材料。现今通常在手机相机和网络相机中使用的图像传感器基于使用CMOS技术制造的Si有源像素传感器阵列。这种传感器提供高光灵敏度但是制造成本昂贵，动态范围有限并且不容易在尺寸上按比例缩小。在响应于可见光近IR光的大多数传统的基于半导体的光学传感器，光响应源于器件的端子之间存在的电场中的光激励载流子(光载流子)的分离和漂移。电场为以下各项中的任一者：诸如在p-n结处存在的内部/内置电场；诸如通过施加的偏压产生的外电场；或二者的结合。因而，对于给定的入射光功率，光响应很大程度上由管理光载流子的产生和漂移的材料特定性能(诸如，光学吸收和载流子迁移率)决定。这些性能是固定的。动态范围(即，器件可操作的光功率的有效范围)还受材料特定性能限制，意味着典型的光学器件在固定的且相对低的光水平下饱和。相比之下，人眼具有宽动态范围，因为人眼可以适应于经由围绕瞳孔的收缩结构改变光强度的水平。

期望可替代的光电器件和光电检测方法，优选地，具有对光水平的提高的适应性。

发明内容

根据第一方面，提供一种用于检测光的装置，包括检测器和读出电路。检测器包括：基板、由基板支撑的相变材料层、与相变材料层电接触的第一电极、以及与相变材料层电接触的第二电极第一电极和第二电极能操作以通过由于第一电极与第二电极之间的偏置电压使电流穿过相变材料而偏置相变材料。读出电路被配置为：

通过在第一电极与第二电极之间施加偏置电压而偏置相变材料；

通过检测由于相变材料层中的相变而导致的相变材料层的电阻改变来检测入射到相变材料上的光；并且

在相变材料层中的相变之后，通过经由第一电极和第二电极施加重置脉冲来重置相变材料层。

术语“光”在本说明书中以非限制性的意义使用，通常指任何形式的电磁辐射。一些实施方式可能适于检测在10nm至1mm或400nm至700nm的范围内的波长的光。

检测电阻的改变可以包括检测由于偏置电压而引起的流过相变材料的电流的改变。

第一和第二电极可以分别布置在相变材料层的下方和上方。第一电极可以与相变材料层的下表面电接触，并且第二电极可以与相变材料层的上表面电接触。

检测器可以包括镜层，该镜层被布置为反射光通过相变材料层，以便增加检测器对入射光的吸光度。

检测器可以被配置为充当谐振光腔，以便最大化检测器对选定波长的光的吸光度。

选定波长可以在400nm至700nm的范围内。

第一和第二电极可以包括至少部分透明的导电材料。