[发明专利]一种太赫兹光电探测器

说明书

技术领域

本发明涉及太赫兹波探测技术领域，涉及一种太赫兹光电探测器，特别是涉及一种利用石墨烯光电导特性探测太赫兹波的光电探测器。

背景技术

太赫兹波段是介于中红外与微波之间的、在频谱上未被完全开发的波段，被称为“太赫兹空隙”。它在物理学、材料科学、生命科学、天文学、信息和国防科技等方面具有重大的科学意义和应用前景。由于太赫兹波段的重要学术意义和应用价值，近几年来太赫兹物理、器件及应用已成为国际上最热门的前沿研究领域之一。

石墨烯是一种新型的二维材料，由于其独特的性质，包括最薄、最牢固、高热导率、高硬度、高电子迁移率、零有效质量、室温弹道输运、耐受电流密度比铜高6个数量级等，在下一代晶体管、传感器、透明导电极、柔性显示屏等领域有着巨大的潜在应用。它的发现获得了2010年的诺贝尔奖。常规的石墨烯制备方法包括：微机械剥离、热解碳化硅（SiC）、在过渡金属上的化学气相沉积（CVD）以及化学插层法。

太赫兹探测在太赫兹应用中占有极其重要的地位。目前太赫兹的探测器主要有Si blometer、和量子阱探测器等。这些探测器都存在着各自的弱点，比如量子阱探测器只能工作在<40K的环境下，Si blometer不能探测具体频率等。因此在太赫兹波段缺乏一种能工作在常温下、可动态调节探测频率峰值位置的探测器。这种探测器将在太赫兹成像，太赫兹危险品检测等方面有着重要的应用。

石墨烯的出现给太赫兹领域带来了更多机遇。研究表明，无外加偏压的情况下，石墨烯在太赫兹波段的光电导呈一条直线，并无任何特征峰。但外加偏压后，考虑自旋-轨道耦合后，石墨烯的光电导在太赫兹波段存在特征峰。当改变外加偏压时，自旋-轨道耦合相互作用导致的特征峰会发生频移，因此石墨烯的光电导特性特别适合宽频太赫兹波探测，从而提出了一种太赫兹宽频探测器。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种太赫兹光电探测器，用于解决现有技术中太赫兹光电探测器不可动态调节探测频率峰值位置的探测器的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种太赫兹光电探测器，所述太赫兹光电探测器至少包括：表面覆盖有介质层的衬底、形成于所述介质层表面的单层石墨烯、设置于所述单层石墨烯两端的第一金属电极以及形成于所述衬底背面的第二金属电极；所述第一金属电极之间设置有测量电压变化的电流源；所述第二金属电极与单层石墨烯其中一端的第一金属电极之间设置有提供偏置电压的电压源，通过调节所述偏置电压来调制所述单层石墨烯光电导的特征峰位置，从而实现太赫兹频率的探测。

作为本发明太赫兹光电探测器的一种优化的方案，所述衬底为N型重掺杂硅衬底。

作为本发明太赫兹光电探测器的一种优化的方案，所述介质层为二氧化硅层。

作为本发明太赫兹光电探测器的一种优化的方案，所述单层石墨烯的厚度小于10nm。

作为本发明太赫兹光电探测器的一种优化的方案，所述单层石墨烯的厚度范围为2～5nm。

作为本发明太赫兹光电探测器的一种优化的方案，所述第一金属电极为Au、Ag或Al。

作为本发明太赫兹光电探测器的一种优化的方案，所述第一金属电极之间的距离范围为0.8～1.2μm，所述第一金属电极的宽度范围为200～300nm。

作为本发明太赫兹光电探测器的一种优化的方案，所述第二金属电极为。Au、Ag或Al。

作为本发明太赫兹光电探测器的一种优化的方案，所述电压源提供的偏置电压的范围为0.1～0.3V。

如上所述，本发明的太赫兹光电探测器，包括结构：表面覆盖有介质层的衬底、形成于所述介质层表面的单层石墨烯、设置于所述单层石墨烯两端的第一金属电极以及形成于所述衬底背面的第二金属电极；所述第一金属电极之间设置有测量电压变化的电流源；所述第二金属电极与单层石墨烯其中一端的第一金属电极之间设置有提供偏置电压的电压源，通过调节所述偏置电压来调制所述单层石墨烯光电导的特征峰位置，从而实现太赫兹频率的探测；当连续调节所述偏置电压时，可以进一步实现太赫兹宽频探测。

附图说明

图1A～图L为本发明太赫兹光电探测器的的制备工艺流程所对应的结构示意图。

图2为本发明太赫兹光电探测器的俯视图。

图3为本发明太赫兹光电探测器在不同的自旋-轨道耦合强度下计算得到的光电导-频率曲线。

元件标号说明

1        N型重掺杂硅衬底

2        二氧化硅介质层