[发明专利]基于第二类外尔半金属钽铱碲的光探测器及其探测方法

摘要

本发明公开了一种基于第二类外尔半金属钽铱碲的光探测器及其探测方法。本发明采用钽铱碲纳米片作为光的探测材料，钽铱碲纳米片为零带隙材料，探测光谱范围广，并且不需要也不能外加偏压，在室温下具有灵敏的响应度；本探测器对偏振光方向敏感，可以用于偏振探测；本发明的探测器可用于红外成像、军事侦察、夜视镜等领域，在军用设备方面有着广阔的应用前景；另外需要特别指出的是，基于本材料的光探测器不需要提供偏置电压即可产生相当高的光电流响应，并且暗电流非常低，并且本发明的光探测器也不能够外加偏置电压，否则会产生本底电流，而且基于本材料的光探测器也不需要提供低温环境，这些将非常有助于探测器的微型化和经济化。

主权项

1.一种基于第二类外尔半金属钽铱碲的光探测器，其特征在于，所述光探测器包括：基底、钽铱碲纳米片、第一金属电极和第二金属电极；其中，在基底不导电的表面上设置钽铱碲纳米片；钽铱碲纳米片的厚度小于100nm；在钽铱碲纳米片的两端分别设置第一金属电极和第二金属电极；第一和第二金属电极分别连接至外部的检测电路；钽铱碲纳米片的边端与第一金属电极或第二金属电极相接触，由于金属电极和钽铱碲纳米片的能带结构和功函数不同，必然会通过载流子的重新分布使得金属电极和钽铱碲纳米片的费米能级调整到同一水平上；一开始，由于金属电极费米能级较低，钽铱碲纳米片中的电子必定流向金属电极，从而在钽铱碲纳米片的表面留下电离施主，与金属电极表面的负电荷之间形成内建电场，方向指向金属电极；内建电场的作用使得接触面附近的能带发生弯曲，结果在钽铱碲纳米片表面和金属电极之间形成了高度为功函数之差的接触电势；当光照射在位于钽铱碲纳米片与金属电极相接触的一端时，激发出电子空穴对，在内建电场的作用下流动，从而产生光生电流；同时，由于钽铱碲纳米片是一种正交晶系的二维层状晶体，层与层之间以范德瓦尔斯力相连接，而每层的原子之间以更紧密的化学键连接，每个原子并不是固定不动的，而是以平衡位置为中心以诸多特有的模式进行简谐振动，在沿着原子链和垂直于原子链的不同方向上，晶格振动具有不同模式和特点，偏振光具有特定方向的电场和磁场，如果具有不同方向电场即偏振方向的偏振光垂直入射到钽铱碲纳米片的表面，由于光的偏振方向和原子链方向存在不同的夹角，即电场方向和晶格振动方向存在不同的夹角，其耦合作用是不同的，直接影响到光的吸收率，从而影响到光生电流的大小；通过外部的检测电路检测光电流大小，从而得到光强度的信息或光偏振的信息；钽铱碲纳米片为零带隙材料，探测光谱范围广，并且不需要也不能外加偏压，在室温下具有灵敏的响应度，室温和低温均工作。