[实用新型]一种铁电增强的范德华异质结偏振探测器

说明书

本专利公开了一种铁电增强的范德华异质结偏振探测器。器件结构自下而上依次为衬底、两种二维半导体构成的范德华异质结、金属源漏电极、铁电薄膜和半透明金属栅电极。首先在衬底上制备一种二维半导体，在此基础上转移另外一种具有各向异性的二维半导体，这两种半导体通过范德华力相结合，再运用电子束光刻技术与剥离技术制备金属电极，接着旋涂铁电聚合物薄膜，制备半透明金属电极，最终形成铁电局域场增强的偏振探测器。区别于异质结光电探测器，该结构可实现高二向色性比、低功耗、快速响应的偏振探测器。

技术领域

本专利涉及偏振光探测领域，特别是涉及一种利用铁电极化电场增强的范德华异质结偏振探测器。

背景技术

偏振探测器作为光的强度探测器的延伸，具有智能识别的能力，可以提高目标识别精度，便于准确提取复杂背景下的目标信息，在航天遥感、卫星导航、仿生视觉等领域有重要的应用价值。基于当前偏振探测技术，主要是在探测系统中加入复杂的光学结构或结合金属纳米光栅实现对光的偏振吸收，存在结构复杂、响应慢、空间分辨率低等问题。

新兴的二维材料包括石墨烯、黑磷、过渡金属化合物等，种类丰富、性能各异，因此被广泛研究和应用。其中黑磷(bP)[Nature Nanotechnology 10,707 (2015)]、二硫化铼(ReS₂)[Advanced Functional.Materials 26,1169(2016)]、硒化锗(GeSe)[Journal ofthe American Chemical Society 139,14976(2017)]等二维材料具有各向异性的结构，对光的吸收表现出二向色性，是理想的偏振探测材料。然而，基于单一二维材料设计的偏振探测器存在探测光谱范围窄、暗电流大、响应速度慢等问题，亟需通过结构设计和外场调控等手段改善器件性能。在结构设计方面，二维材料层间以范德华力作用结合，易被剥离为单层或少层单晶，也可自由组合成范德华异质结，通过不同材料的集成可以构建PN结光电二极管降低暗电流、提高响应速度。在外场调控方面，通过施加电场可以有效增强光电转换效率，提升器件的探测能力。然而，对于光电晶体管中的普通栅介质，为了使探测器工作在最佳状态，通常需要持续施加一个外加电场，造成较大的功耗。

铁电材料是一种具有自发极化的电介质，施加外部电场后极化方向发生改变，并且在外电压撤去后，剩余极化导致极化电场仍然存在。这种极化电场不仅可以调控半导体的载流子浓度，还能有效调控二维材料能带结构。聚偏二氟乙烯(P(VDF-TrFE))是一种典型的有机铁电材料，已被验证可以有效增强诸如二硫化钼(MoS₂)等二维半导体材料的光电探测性能[Advanced Materials 27, 6575(2015)]。

本专利利用铁电材料产生的极化电场来调控由二维材料组成的范德华异质结，提出了一种新的偏振探测器结构，实现了高性能的偏振探测。

发明内容

本专利提出了一种新型铁电增强的范德华异质结偏振探测器。

该专利是利用具有各向异性的二维材料对偏振光敏感的特性，结合范德华异质结无损灵活制备工艺制备光伏型探测器，引入铁电极化电场调控范德华异质结，简化偏振探测器结构，提升范德华异质结偏振探测性能。

本专利指一种铁电增强的范德华异质结偏振探测器及制备方法，其特征在于，器件结构自下而上依次为：

—绝缘衬底1，

—第一层二维半导体2，

—第二层各向异性二维材料3，

—金属源极4、金属漏极5，

—铁电功能层6

—金属栅电极7，