[实用新型]一种基于蝶形天线结构的拓扑增强型碲化锑光电探测器

说明书

本实用新型提供的一种基于蝶形天线结构的拓扑增强型碲化锑光电探测器，其特征在于：自下而上依次设置本征高阻硅衬底、二氧化硅层和碲化锑层，在碲化锑层两端是源、漏金属电极，源、漏电极与相应的引线电极相连用于连接外部测试电路。本实用新型的一种基于蝶形天线结构的拓扑增强型碲化锑光电探测器构造出的亚波长金属蝶形天线结构，利用入射的光子耦合到拓扑材料表面，以增强入射的电磁波与碲化锑材料的相互作用，太赫兹波引起的局部表面等离子体场的不对称散射增强探测器的源漏电流，实现了室温高灵敏的太赫兹宽谱光电探测，大幅度提高了器件在太赫兹波段探测能力与信噪比。

技术领域

本实用新型涉及太赫兹探测器件技术领域，尤其是一种基于蝶形天线结构的拓扑增强型碲化锑太赫兹光电探测器。

背景技术

太赫兹频段(频率范围为0.1THz-10THz)被誉为“未来将改变世界的十大关键技术之一”，可广泛应用于雷达通信、安全反恐和非侵入性成像等领域。光电探测器作为关键的光电元件，可以直接将光信号转换为电信号，这些电信号在安全、监测、天文学和通信的许多应用中随处可见。然而，目前的光电探测，特别是在远红外和太赫兹频带中，遇到了低光子能量采集的瓶颈，可用的太赫兹探测器在速度、灵敏度和工作温度方面仍存在严重的缺陷。随着高性能太赫兹检测技术的发展，需要将材料特性、天线特性、光子耦合过程、微观相互作用机制等综合结合起来，来实现高性能的太赫兹探测。

自从石墨烯被发现以来，越来越多的例如二硫化钼、过渡金属二卤化物、黑磷等二维材料被广泛地应用于光电探测，由于其丰富的电学、光学和热性能优势，在光电器件、光催化、能源和其他领域方面具有广泛的应用前景，引起了人们密切的关注。二维层状材料可以在整个电磁光谱中设计柔性光电纳米器件，已广泛应用于光电探测器，在提升性能、提高响应率等方面有了很大的突破。然而，基于二维材料的探测器造成了带隙大、光吸收弱、载流子寿命短等问题，限制了低能量光子探测。因此，迫切需要进一步扩大新材料与太赫兹之间的相互作用，以实现广泛的低功耗和高性能探测器。

近年来，拓扑绝缘体在凝聚态和材料科学领域引起了广泛的关注。根据第一性原理电子结构的计算，碲化锑是一种典型的小带隙(0.23eV)的拓扑绝缘体，广泛应用于热电器件和光子器件。碲化锑是一种体态为绝缘态但表面为金属态的拓扑绝缘体，由于自旋轨道耦合和时间反转对称性，载流子在拓扑表面态存在低能量耗散。正是由于拓扑绝缘体的高表面迁移率和类狄拉克表面态强烈的光吸收，它是红外光电探测领域的理想选择。在诸多科学家的大量的努力下，碲化锑材料已被证明在可见光和近红外区域具有潜在的探测应用，但与同为三维拓扑绝缘体的硒化铋和碲化铋材料相比，其在太赫兹探测方面的研究相对较少。实际上，碲化锑的拓扑表面态比硒化铋和碲化铋具有更优秀的鲁棒特性。

因此，如何实现解决碲化锑材料有效吸收太赫兹频率的电磁能量并且能够显著提高其光响应，提供一种低功耗和高性能探测器，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型的第一个目的在于，提供一种提高探测器的响应率的一种场操控可调的光电灵敏性探测器件。

为此，本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现：

一种基于蝶形天线结构的拓扑增强型碲化锑光电探测器，其特征在于：自下而上依次设置本征高阻硅衬底、二氧化硅层和碲化锑层，在碲化锑层两端是源、漏金属电极，源、漏电极与相应的引线电极相连用于连接外部测试电路。

在采用上述技术方案的同时，本实用新型还可以采用或者组合采用如下技术方案：

作为本实用新型的优选技术方案：所述的衬底是本征高阻硅，其电阻率为10000Ω·cm，厚度为500μm；覆盖其上的是二氧化硅层，厚度为300nm。

作为本实用新型的优选技术方案：所述的碲化锑为薄层材料，厚度为80～90nm；