[发明专利]一种石墨烯红外传感器结构

说明书

本发明公开了一种石墨烯红外传感器结构，包括：石墨烯层；分设于石墨烯层上下表面上的第一铁电材料层、第二铁电材料层；其中，第一铁电材料层与第二铁电材料层的剩余极化方向相反，以进一步增强对石墨烯层内部载流子密度的影响，从而实现对红外信号的探测。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路和传感器技术领域，更具体地，涉及一种新型石墨烯红外传感器结构。

背景技术

红外传感器是红外探测技术领域中应用非常广泛的一种产品，其一般是采用在CMOS电路上集成MEMS微桥结构，利用热敏电阻(通常为负温度系数的非晶硅或氧化矾)吸收红外线，且通过CMOS电路将其变化的信号转化成电信号放大输出，据此来实现热成像功能。

石墨烯材料是由单层石墨结构构成的，其具有极好的电学和光学性能，尤其是其载流子迁移率要远高于普通的Si材料，其理论计算值大约高于Si材料载流子迁移率1-2个数量级，因此石墨烯在CMOS晶体管中的应用备受关注。

研究表明，石墨烯是目前已知迁移率较高的一种二维半导体材料，其迁移率在常温常压下为60000cm²V^-1·S^-1，且可弯曲，透光性好。采用石墨烯作为电流通道传输载流子，即在CMOS晶体管中将石墨烯用作沟道材料，可将红外传感器的反应速度呈几何级数加快，从而使得红外传感器的灵敏度大大提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型石墨烯红外传感器结构。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种石墨烯红外传感器结构，包括：

石墨烯层；

分设于所述石墨烯层上下表面上的第一铁电材料层、第二铁电材料层；

其中，所述第一铁电材料层与第二铁电材料层的剩余极化方向相反，以增强对石墨烯层内部载流子密度的影响，从而实现对红外信号的探测。

优选地，所述第二铁电材料层的下表面上设有第一电极，所述石墨烯层的上表面两端上分设有第二电极，所述第一铁电材料层的上表面上设有第三电极。

优选地，所述第一电极的面积大于石墨烯层和第二铁电材料层的面积，且其垂直投影完全包围石墨烯层和第二铁电材料层。

优选地，所述第三电极与两个第二电极之间在垂直投影方向上存在部分交叠区域。

优选地，所述第一铁电材料层的面积小于石墨烯层的面积，且其垂直投影容于石墨烯层以内；所述第二铁电材料层的面积大于石墨烯层的面积，且其垂直投影完全包围石墨烯层。

优选地，还包括上下相连设置的第一介质层和第二介质层，所述第一介质层将石墨烯层、第二电极、第一铁电材料层、第三电极包容在其中，所述第二介质层将第二铁电材料层、第一电极包容在其中。

优选地，还包括设于第一介质层表面上并分别连接第一电极、第二电极、第三电极的第一电极引出、第二电极引出、第三电极引出。

优选地，所述第一电极引出、第二电极引出、第三电极引出分别通过通孔连接第一电极、第二电极、第三电极。

优选地，所述第一铁电材料层和第二铁电材料层材料为PZT。

优选地，所述石墨烯层还作为对第一铁电材料层和第二铁电材料层进行极化的初始电极。