[实用新型]一种室温双通道可调控的太赫兹探测器

说明书

本实用新型公开了一种室温双通道可调控的太赫兹探测器，探测器包括覆盖氧化硅的硅衬底，在覆盖氧化硅的硅衬底上转移分子束外延生长的一维砷化铟纳米线，在一维砷化铟纳米线延伸方向制备源漏电极以及相应的引线电极，在一维砷化铟纳米线的导电沟道上面生长氧化铝栅介质层，分立栅电极分别与对数周期天线两臂互连，在与对数周期天线两臂间距中转移二维石墨烯导电沟道，二维石墨烯导电沟道全部覆盖分立栅电极的外部。本实用新型采用双通道、响应高且可多维度调控的太赫兹探测；器件的集成度、工艺成熟及可重复性，为实现室温、集成、多通道、可调控的太赫兹探测研究奠定器件与理论基础。

技术领域

本实用新型涉及一种太赫兹波探测器，特别涉及一种室温双通道可调控的太赫兹探测器以及制备方法，对太赫兹波段实现双通道、响应高且可多维度调控的探测。

背景技术

随着信息时代的快速发展，利用低能光子频带(0.1～10THz，terahertz gap)范围工作的微型器件成为新一代无线通讯、智慧城市及安全体系建设的重要信息载体。传统光电器件依赖于窄带隙半导体或能带工程(金属、半导体、绝缘体)的发展，在低能光子频带存在性能指数下降的趋势，需要深低温来抑制噪声以获得足够的灵敏度，面临着本征极限的问题。采用微观原子尺度操控来构造特定的输运或光电子特性，有望突破传统依赖于单粒子激发的能带探测模式带来的瓶颈，实现具有室温工作，高灵敏度、宽频带、低噪声、高集成度的太赫兹探测器。因此，研究太赫兹探测器的材料由传统材料转向各种具有优异性质的新型材料发展，如具有高载流子迁移率的石墨烯材料以及其它的低维材料等。

由于石墨烯材料具有独特的物理结构、特殊的电学特性及光学特性为太赫兹探测研究提供一个好的平台。研究表明，石墨烯可以将这些频率的信号转换成频率高数千倍的电学信号，这一效果的机制可能源于石墨烯中发生的光与物质之间的高效非线性相互作用，由于石墨烯中大量自由电子在室温条件下被振荡电场激发时，它们迅速与材料中的其他束缚电子共享能量，电子像被加热的流体一样沸腾，在万亿分之一秒内石墨烯内部电子的“液体”状态变为“蒸汽”状态，这种转变会导致材料电导率的快速增大，可以实现太赫兹宽谱、高速探测。砷化铟是一种重要的III-V族窄禁带半导体，具有电子迁移率高、有效质量小及自旋轨道耦合强等特征，是制备高速低功耗电子器件、红外光电子器件及自旋电子器件的理想材料，同时，砷化铟纳米线因其独特的表面电荷积累层，费米能级钉扎效应以及易于形成欧姆接触等特性，也被广泛应用于射频电子器件，弹道输运器件等。目前，大部分研究主要围绕砷化铟纳米线的可见-红外光电特性，砷化铟纳米线作为太赫兹探测器方面的研究却鲜有报道。

Dyakonov和Shur阐述了场效应管中等离子体波在沟道中被激发实现太赫兹波探测，在太赫兹辐射激发下，器件的沟道会有一个直流压降产生光响应；同时，非线性效应使得器件对入射太赫兹波进行有效的频率倍增产生高阶谐波，该太赫兹辐射探测理论得到多方面的实验验证。通过二维石墨烯与一维砷化铟纳米线结合，具有独特的物理结构，特殊的光电特性，为新型太赫兹场效应管光电功能转换特性的研究提供了良好的平台。

基于此，本实用新型设计了一种室温双通道可调控的太赫兹探测器以及制备方法，以解决上述提到的问题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种室温双通道可调控的太赫兹探测器以及制备方法，提出以具有高迁移率且载流子浓度可调的二维石墨烯导电沟道以及一维砷化铟纳米线为基本结构单元构建场效应晶体管，场效应晶体管具有一组太赫兹波耦合天线互联分立栅电极和源漏电极。一种在室温条件下二维石墨烯导电沟道/对数周期天线互联分立栅电极/氧化铝栅介质层/一维砷化铟纳米线/覆盖氧化硅的硅衬底结构的太赫兹波探测器，可以实现双通道、响应高且可多维度调控的太赫兹探测。