[实用新型]一种可调控的室温黑砷磷太赫兹探测器

说明书

本专利公开了一种可调控的室温黑砷磷太赫兹探测器。器件结构自下而上依次为：第一层是衬底、第二层是黑砷磷以及搭在黑砷磷上的蝶形天线和与天线相连的金属电极、第三层是介质层，第四层是栅极。器件制备步骤是用机械剥离的方法将黑砷磷转移到衬底上，用电子束曝光和电子束沉积技术制备蝶形天线和金属电极，用原子层沉积工艺生长栅介质层，用电子束曝光和电子束沉积技术制备栅极，形成太赫兹探测器。其工作原理是，通过非对称的高效太赫兹天线实现高度局域和增强的太赫兹混频电场，生成响应信号。该探测器具有高速、宽频和高灵敏等特点，可实现源漏偏压和栅电压的双重调控，为实现室温太赫兹探测器大规模应用提供了原型器件。

技术领域

本专利涉及一种可调控的室温黑砷磷太赫兹探测器，具体指将黑砷磷材料和蝶形天线相结合制备场效应管，利用黑砷磷带隙可调、载流子迁移率高和具有面内各向异性的特点实现快速响应，利用蝶形天线实现太赫兹电场的高效耦合，进而实现高响应率。其工作原理是，通过非对称的高效太赫兹天线实现高度局域和增强的太赫兹混频电场，生成响应信号。该探测器具有高速、宽频和高响应率等特点，可实现源漏偏压和栅电压的双重调控，为实现室温太赫兹探测器大规模应用奠定基础。

背景技术

太赫兹波频率范围介于0.1THz到10THz之间，其波长范围为3毫米到30微米，光子能量特征值是4毫电子伏特。这一特征能量范围与分子的振动能和转动能相匹配，远小于常见半导体的带隙。太赫兹波在传播、散射和吸收等方面的特征与可见光，红外和微波的差异比较大，为光谱学，成像和通信等提供了很大的利用空间。太赫兹技术位于电子学科和光子学科的交叉领域，这两个学科融合和发展大大的提高了太赫兹技术水平。但是，目前太赫兹的研究和发展还处于起始阶段，高功率、高稳定性的太赫兹源、高灵敏、宽光谱的太赫兹探测器和高速、高效的太赫兹调制器还比较稀缺，所以被称为“太赫兹空白(THz Gap)”。

太赫兹波在电磁波谱中的独特位置决定了它具有许多其他波段所不具有的特殊性质：(1)太赫兹辐射的光子能量一般只有毫电子伏，远远低于常见物质的化学键键能，因此太赫兹波可以克服X射线对许多物质的电离破坏性，适用于机场、车站等公共场所的安检。(2)许多物质本征振动频率都处在太赫兹波段，这些物质具有太赫兹指纹谱特征，包含了丰富的物理、化学信息，可以利用太赫兹波进行物质的鉴别和检验。(3)太赫兹辐射具有较强的穿透能力，可用于质量监测和对非透明物体透视成像。(4)太赫兹波的带宽大、无线传输的速率高，背景噪声小且不容易被干扰，在无线间通讯领域中有着巨大的应用潜力。总之，太赫兹波在电磁波谱中介于微波和红外之间，并且拥有众多优良的特性，在安全检查、物质鉴定、医药、无损成像以及无线通信等领域拥有广阔的应用前景，因此开展太赫兹波的探测技术的研究具有重大意义。

发展高速、高灵敏、可室温工作的太赫兹探测器件是实现太赫兹技术的重要突破口，提高光与器件耦合能力和光电转化效率是太赫兹探测的关键课题。目前的商用太赫兹探测器包括热释电太赫兹探测器，热辐射计和肖特基二极管。通常，热释电探测器的响应速度比较慢；肖特基二极管工作频率比较低，工艺复杂；热辐射计需要在低温工作条件。另外，量子阱太赫兹探测器很容易受到热扰动的影响；场效应晶体管太赫兹探测器的量子效率还比较低。因此，开发新的材料和探索新的原理来实现太赫兹探测成为太赫兹探测领域的热点，受到广泛关注。黑砷磷材料，具有可调节带隙，电子迁移率大，面内各向异性，生长工艺简单等特征；非对称的蝶形天线能够实现对太赫兹电场高效耦合。两者结合为发展新型太赫兹探测技术提供了新的备选方案。

发明内容

本专利提出一种可调控的室温黑砷磷太赫兹探测器，实现了快速，高响应率室温太赫兹探测。其工作原理是，通过非对称的高效太赫兹天线实现高度局域和增强的太赫兹混频电场，生成响应信号。该探测器具有高速、宽频和高灵敏度等优点，可实现源漏偏压和栅压的双重调控，为实现室温太赫兹探测器大规模应用奠定基础。

本专利指一种可调控的室温黑砷磷太赫兹探测器及制备方法，所述探测器的结构自下而上为：第一层是衬底1、第二层是黑砷磷2、以及搭在黑砷磷上的蝶形天线3和与天线相连接的源极4和漏极5、第三层是介质层6、第四层是栅极7；