[实用新型]晶体管型光电探测器

说明书

本公开提供一种晶体管型光电探测器，包括：第一电极；第二电极，第二电极与第一电极间隔开；沟道层，沟道层至少设置在第一电极与第二电极之间；光敏层，光敏层设计为p‑i‑n异质结结构，光敏层的材料由需要探测的波段所决定；以及介质层，介质层设置沟道层与光敏层之间。

技术领域

本公开涉及一种晶体管型光电探测器。

背景技术

光电探测器是一种把光信号转换为电信号的功能器件。根据探测光的波长，可以分为紫外、可见光、红外、太赫兹探测器。特别是，红外探测器在军事(遥感、瞄准、夜视、隐身、制导)、航天、生物诊断、民用(自动驾驶、手机红外镜头、智能家居、无线感应、气体监测)等诸多领域具有重要的应用价值。

目前商用光电探测器基于硅、锗、铟镓砷、碲化铟、碲镉汞等半导体材料。但是硅的截止波长短(只有1100nm)，只能用于可见、近红外探测。锗的截止波长达到1.7um，但是性能差(间接带隙、暗电流大、饱和电流低)，目前大多已经被铟镓砷取代。而铟镓砷、碲镉汞需要在三五族、CdTe或ZnCdTe基底上进行外延生长，合成难度大、工艺复杂且成本高，并且与硅基读出电路不兼容，需要用铜柱或铟柱进行异质键合(bonding)，且大多需要额外的制冷装置，这导致目前高性能的红外探测器和芯片价格昂贵。

为了提升外量子效率，目前设计了Photogating(光门控)型光电探测器，即采用高吸收系数的PbS、钙钛矿等量子点与碳纳米管形成Ⅱ类异质结，光生载流子在两者的界面分离而形成额外电场调制。这类器件往往能获得较高增益，但响应和恢复速度较慢。2017年，Frank Koppens等人报道了基于石墨烯/PbS量子点的Photogating型短波红外探测器及其288×388像素规模的焦平面图像传感器，器件的响应度高达10⁷A/W、比探测率最高为7×10¹³Jones，但是存在速度慢(响应时间10ms，需要栅压脉冲强制恢复)、动态范围小、开关比低等问题。2021年，中国科学院金属研究所的孙东明等采用CsPbBr₃与碳纳米管构建Photogating型光电探测器，对可见光405、516nm的响应度达到10⁷A/W、D*达到10¹⁶Jones，但响应时间为数十ms-s，还需要加额外的栅压脉冲强制探测器恢复到基线。

此外，随着碳纳米管技术的发展，碳纳米管逐渐用于器件中。但是碳纳米管在诸如红外的光电探测领域至今未研究出实用的光电探测器，主要原因有以下几点：1、单根或薄膜碳纳米管的光吸收有限，外量子效率低；2、BFBD是较为理想的碳纳米管二极管架构，但内建电场仅在源漏接触附近约50nm的区域，受衍射极限的限制红外探测器的像元尺寸多大于1um，因此BFBD器件很难得获得较高的信噪比；3、Photogating结构是克服量子效率低、内建电场范围小的一个重要途径，但是在当前的Photogating型器件架构下，光电探测器的性能欠佳，且存在响应度/外量子效率和速度的矛盾。

因此，如何设计新的光电探测器结构来突破当前的困境是所需要解决的问题。

实用新型内容

为了解决上述技术问题之一，本公开提供了一种晶体管型光电探测器。根据本公开的技术方案，可以获得较快的相应速度、较高的响应度/外量子效率和较大的信噪比。

根据本公开的一个方面，一种晶体管型光电探测器，包括：

第一电极；

第二电极，所述第二电极与所述第一电极间隔开；

沟道层，所述沟道层至少设置在所述第一电极与所述第二电极之间；

光敏层，所述光敏层设计为p-i-n异质结结构，所述光敏层的材料由需要探测的波段所决定；以及

介质层，所述介质层设置所述沟道层与所述光敏层之间。