[发明专利]基于二维材料/绝缘层/半导体结构的宽光谱光电探测器

权利要求书

1.一种基于二维材料/绝缘层/半导体结构的宽光谱光电探测器，其特征在于，自下而上设有半导体衬底(2)、绝缘层(3)和二维材料薄膜(4)，所述半导体衬底(2)下表面设有栅极(1)，所述二维材料薄膜(4)上表面水平间隔布置有漏极(5)与源极(6)；所述半导体衬底(2)的底部设有异质结(7)；所述异质结(7)由硅衬底与其他材料接触形成，用以增强红外吸收能力。

2.根据权利要求1所述的基于二维材料/绝缘层/半导体结构的宽光谱光电探测器，其特征在于，所述异质结(7)为红外吸收增强区，异质结的形成由硅衬底与多层石墨烯紧密接触形成肖特基结；或由硅与过渡金属形成金属硅化物后，硅衬底与金属硅化物接触形成异质结；或由硅材料与锗材料密切接触形成异质结。

3.根据权利要求1所述的基于二维材料/绝缘层/半导体结构的宽光谱光电探测器，其特征在于，所述绝缘层(3)为氧化硅、氮化硅或High-K材料中的一种，厚度为10nm～100nm。

4.根据权利要求1所述的基于二维材料/绝缘层/半导体结构的宽光谱光电探测器，其特征在于，所述二维材料薄膜(4)为石墨烯、黑磷、过渡金属硫化物或MXenes中的一种。

5.根据权利要求1所述的基于二维材料/绝缘层/半导体结构的宽光谱光电探测器，其特征在于，所述半导体衬底(2)为轻掺杂硅衬底，掺杂浓度为10¹¹cm^-3～10¹³cm^-3。

6.根据权利要求1所述的基于二维材料/绝缘层/半导体结构的宽光谱光电探测器，其特征在于，所述栅极(1)所用材料为镓铟合金，所述漏极(5)和源极(6)所用材料为铝、银、金、钛、铬或铜中的一种或合金。

7.根据权利要求1所述的基于二维材料/绝缘层/半导体结构的宽光谱光电探测器，其特征在于，所述二维材料薄膜(4)与绝缘层(3)、半导体衬底(2)形成MIS结构，二维材料薄膜(4)作为读出层，半导体衬底(2)与其底部的异质结(7)共同作为吸光层。

8.根据权利要求1所述的基于二维材料/绝缘层/半导体结构的宽光谱光电探测器，其特征在于，宽光谱探测在红外波段的性能提升，利用轻掺杂硅衬底与绝缘层之间的界面态和硅与其他材料形成的异质结共同实现；宽光谱探测在紫外波段的性能提升，通过设计绝缘层厚度减少紫外光的反射率，提高在紫外波段的透光率。

9.根据权利要求1所述的基于二维材料/绝缘层/半导体结构的宽光谱光电探测器，其特征在于，当光电探测器工作时，在所述栅极(1)及源极(6)之间施加一个脉冲栅压V_gs，驱动所述半导体衬底(2)进入深耗尽状态；同时在所述漏极(5)及源极(6)之间施加一个固定偏压V_ds，通过读出源漏之间的电流判断入射光线的强度。

10.根据权利要求1所述的基于二维材料/绝缘层/半导体结构的宽光谱光电探测器，其特征在于，光线进入光电探测器后，耗尽区吸收光子产生电子-空穴对，并在硅衬底的电场作用下分离，其中少数载流子被储存在深耗尽势阱中；同时异质结中产生的少数载流子在电场的作用下，从半导体衬底的底部注入到深耗尽势阱中；由吸光层产生的少子在深耗尽势阱中累积，与其等量相反的电荷被转移到读出层，引起读出层的载流子浓度发生变化。