[发明专利]一种室温高频太赫兹波探测器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种室温高频太赫兹波探测器及其制备方法，属于太赫兹波探测研究技术领域。包括高载流子迁移二维材料、场效应晶体管和太赫兹天线，场效应晶体管具有源电极、栅电极和漏电极，源电极、栅电极和漏电极集成于带有介质层的衬底上，太赫兹天线与场效应晶体管的三个电极相连；高载流子迁移二维材料上下表面分别包覆二维层状介电材料，与漏电极连接的和与源电极连接的太赫兹天线端与高载流子迁移二维材料欧姆接触，与栅电极连接的太赫兹天线端通过二维层状介电材料与高载流子迁移率二维材料为肖特基接触。本申请有效耦合高频太赫兹波，避免高载流子迁移率二维材料制备时引起的载流子迁移率降低的问题，实现对高频太赫兹波有效探测。

技术领域

本发明涉及一种室温高频太赫兹波探测器及其制备方法，属于太赫兹波探测研究技术领域。

背景技术

太赫兹(Terahertz)辐射通常指的是波长在30μm～3mm(0.1THz～10THz)，介于毫米波与红外波之间的电磁波，处于电学向光子学、宏观经典理论向微观量子理论的过渡区域。太赫兹波具有频率高、脉冲时间短(皮秒量级)的特点，因而具有很高的空间分辨率和时间分辨率，被广泛应用到太赫兹成像及太赫兹波谱技术之中。此外，由于其特殊的性质，如高透射性、低能量性、指纹特性以及高频高带宽特性等，使其在无损探伤、安全检测、医学成像、近场显微、空间成像、环境检测以及信息通信等领域具有重要应用。这些都涉及到高性能太赫兹探测器的开发与应用。

1993年，Dyakonov和Shur从理论上预言了高电子迁移率晶体管(HEMT)能用于太赫兹波探测(M.Dyakonov and M.S.Shur，Phys.Rev.Lett.Vol 71，p2465(1993))。为实现室温、高速、高灵敏度的太赫兹探测提供了可能。基于此原理，近年来，利用石墨烯、黑磷、拓扑绝缘体等高迁移率二维材料制备的室温太赫兹探测器相继被报道。而目前报道的太赫兹探测器主要集中在0.1-1THz频率范围，缺少对2-5THz高频段太赫兹波的有效探测。而高频太赫兹波较低频波段频率高、波长短，其成像分辨率更高，可以无障碍透视衣物、墙体等进行内部扫描，在军事反恐以及太赫兹成像等领域有着不可替代的优势。

现阶段设计使用的主流太赫兹天线结构集中在0.1-1THz频段(蝶形天线、对数周期圆齿天线等)，缺少2-5THz高频段的太赫兹天线结构的设计，无法有效耦合高频太赫兹波段。由制备工艺引入的界面问题和散射中心，导致用于太赫兹探测的高迁移率二维材料的载流子迁移率大大降低，无法有效利用其高迁移率特性，从而无法实现高灵敏度、高频太赫兹探测。

因此，亟需一种制备室温高频太赫兹波探测器的方法，实现对高频(2-5THz)太赫兹波的有效探测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种室温高频太赫兹波探测器及其制备方法，有效耦合高频太赫兹波，避免高载流子迁移率二维材料制备时引起的载流子迁移率降低的问题，实现对高频太赫兹波的有效探测。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种室温高频太赫兹波探测器，包括高载流子迁移二维材料、高载流子迁移率场效应晶体管和高频的太赫兹天线，所述高载流子迁移率场效应晶体管具有三个电极：源电极、栅电极和漏电极，所述源电极、栅电极和漏电极分别集成于带有介质层的衬底上，所述高频的太赫兹天线与高载流子迁移率场效应晶体管的三个电极相连，实现高载流子迁移率场效应晶体管与高频的太赫兹天线集成设置；所述高载流子迁移二维材料上下表面分别包覆二维层状介电材料，与所述漏电极连接的太赫兹天线端与高载流子迁移二维材料形成欧姆接触，与所述源电极连接的太赫兹天线端与高载流子迁移二维材料形成欧姆接触，与所述栅电极连接的太赫兹天线端通过二维层状介电材料与高迁移率二维材料形成肖特基接触。

所述高载流子迁移率二维材料为石墨烯、黑磷、Te、ZrGeSe和ZrGeTe中任意一种；所述二维层介电材料为h-BN和h-Y2O3中任意一种。

与所述源电极连接的太赫兹天线端和与漏电极连接的太赫兹天线端为非对称结构。