[发明专利]一种基于低维材料的波导晶体管探测器及其制备方法

说明书

本发明实施例公开了一种基于低维材料的波导晶体管探测器及其制备方法，其中，波导晶体管探测器包括：SOI层，包括底层和波导，在底层上设置波导；低维半导体层，覆盖在SOI层和波导上方；源极，设置在低维半导体层的上方，位于波导的一侧；漏极，设置在低维半导体层的上方，位于波导的另一侧；栅极，设置在低维半导体层的上方，位于波导的上方；栅介质层，栅介质层覆盖在位于波导顶部的低维半导体层上方，栅极设置在栅介质层的上方。使用低维材料是直接带隙材料，能提高光电转换效率；探测器集成在波导上，不用牺牲折中光吸收效率和器件工作带宽；低维材料和波导集成不用外延，避免晶格失配，利用栅电极调控器件工作在关态，降低暗电流，提高灵敏度。

技术领域

本发明属于机械制作技术领域，特别是涉及一种基于低维材料的波导晶体管探测器及其制备方法。

背景技术

光电探测器是光电子系统的重要组成部分，能利用光电效应将光辐射能转换成电子器件可以处理的电信号，其应用已经渗透于军事和国民经济的各个领域。近年来，光电信息技术发展迅猛，人们对光电探测器的要求也随之提高，希望器件能够响应度高，光学谱宽大，灵敏度高，响应时间快，成本低，可集成化和小型化等。因此，发展和探索新型光电探测器具有十分重要的意义。

目前的光电探测器具有如下缺点：

1、构建光电探测器的材料使用III-V族化合物材料，族化合物材料难以提纯，难以实现大尺寸晶圆，因此III-V族化合物材料构建的光电探测器成本昂贵且产能不足。

2、硅是间接材料，不适合制备光电探测器。

3、为实现光电子集成电路，III-V族化合物材料和Si/Ge与硅基的集成需要引入键合技术和异质外延技术，增加工艺难度和成本的同时，引入的寄生参数和实晶格失配，导致器件性能下降，如暗电流增加，灵敏度降低等。

4、传统的光电探测器为权衡光吸收效率和工作带宽，需要在器件性能中做出牺牲。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提出了一种以便克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的基于低维材料的波导晶体管探测器及其制备方法。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种基于低维材料的波导晶体管探测器，包括：

SOI层，所述SOI层包括：底层和波导，在底层上设有波导；

低维半导体层，覆盖在所述底层和所述波导上方；

源极，设置在所述低维半导体层的上方，位于所述波导的一侧；

漏极，设置在所述低维半导体层的上方，位于所述波导的另一侧；

栅极，设置在所述低维半导体层的上方，位于所述波导的上方；

栅介质层，所述栅介质层覆盖在位于所述波导顶部的低维半导体层上方，所述栅极设置在所述栅介质层的上方。

进一步地，所述底层包括：硅衬底层和二氧化硅层，在所述硅衬底层上覆盖二氧化硅层，所述波导设置在所述二氧化硅层的中线上。

进一步地，还包括隔离层，覆盖在所述二氧化硅层和所述波导上方，所述低维半导体层覆盖在所述隔离层上方。

进一步地，所述隔离层的选用材料包括：氧化铝和/或氧化铪。

进一步地，波导包括但不限于下列至少之一：硅波导、SiO2波导、Si3N4波导。

进一步地，所述栅介质层的选用材料包括：氧化铝和/或氧化铪。

进一步地，所述低维半导体层的材料选用下列至少之一：碳纳米管薄膜、黑磷、二硫化钼、二硫化钨。

进一步地，所述源极和所述漏极的选用材料包括下列至少之一：钛、金、钯、铂、钪。