[发明专利]石墨烯量子阱光探测器

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域，具体涉及一种石墨烯量子阱光探测器。

背景技术

在中光至远光波段发展较为成熟的传统探测器有碲化铟(InSb)光探测器，和碲镉汞(HgCdTe)光探测器。最近三十年来，随着低维材料技术的发展，出现了量子阱光探测器这一新技术，并且得到快速发展和广泛应用。与其他光技术相比，量子阱光探测器具有响应速度快、探测率高、探测波长调，抗辐射性强等优点，而且可以用分子束外延技术(MBE)或金属有机化学气相沉积(MOCVD)等先进工艺生长，容易做出高品质、大面积、均匀性强的探测器阵列。在所用的各种材料的中，砷化镓/铝镓砷(GaAs/AlxGa1-xAs)材料是应用最为广泛，技术最为成熟的。它就有很多优良特性，如电子迁移率高、禁带宽度大、具有直接跃迁的能带结构。目前基于GaAs的量子阱光探测器已经发展成为比较成熟的技术，人们已经利用它实现了对中、远光以至太赫兹等各个区域的覆盖。

目前，中远光波段的主流光探测器，包括InSb光探测器、HgCdTe光探测器、量子阱光探测器都在低温下工作(通常低于100K)，需要通过液氮杜瓦或循环制冷机制冷，严重限制了它们的广泛应用。此外，随着科技的发展，人们也对探测器的响应速度提出了很高的要求。在此前提下，急需出现一种灵敏度高的光探测器。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种石墨烯量子阱光探测器，能够大幅提升的探测灵敏度。

根据本发明实施例的石墨烯量子阱光探测器，包括：第一压电层和第二压电层，所述第一压电层和所述第二压电层均由压电材料构成；量子阱层，所述量子阱层位于所述第一压电层和所述第二压电层之间，所述量子阱层包括两个半导体子层和位于两个半导体子层之间的石墨烯纳米带。

根据本发明实施例的石墨烯量子阱光探测器，利用量子阱的最优偏置电压，使得量子阱中的最高能级与导带边界对准形成最大的输出光电流，从而达到最大的探测灵敏度；利用压电电势，调节量子阱的偏置电压，从而提高单个量子阱的量子效率。

另外，根据本发明上述实施例的石墨烯量子阱光探测器，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，所述石墨烯纳米带通过将生长在衬底上的石墨烯材料转移至所述半导体子层，并对所述石墨烯材料进行电子束光刻和干法刻蚀形成。

进一步地，所述压电材料为压电陶瓷、氮化铝、氧化锌或聚偏氟乙烯。

进一步地，所述半导体子层的材料为氧化锌或二硫化钼。

附图说明

图1是本发明实施例的石墨烯量子阱光探测器的结构示意图。

附图标记：100-第一压电层，200-量子阱层，201-第一半导体子层，202-石墨烯纳米带，203-第二半导体子层，300-第二压电层。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图描述本发明实施例的石墨烯量子阱光探测器。

图1是本发明实施例的石墨烯量子阱光探测器的结构示意图。

如图1所示，本发明实施例的石墨烯量子阱光探测器，包括第一压电层100、量子阱层200和第二压电层300。

具体地，第一压电层100和第二压电层300均由压电材料构成。

在本发明的一个实施例中，压电材料为压电陶瓷、氮化铝、氧化锌或聚偏氟乙烯，压电层材料使用磁控溅射、或者溶胶-凝胶法制备。

量子阱层200位于第一压电层100和第二压电层300之间。量子阱层200包括顺序设置的第一半导体子层201、石墨烯纳米带202和第二半导体子层203，形成了一个“三明治”量子结构，可用于多种光电子器件中，例如量子阱红外光探测器。

在本发明的一个实施例中，石墨烯纳米带202通过将生长在衬底上的石墨烯材料转移至半导体子层，并对石墨烯材料进行电子束光刻和干法刻蚀形成。

在本发明的一个实施例中，第一半导体子层201、第二半导体子层203的材料为氧化锌或二硫化钼。