[发明专利]一种基于静态畴的光控开关

说明书

本发明提供一种基于静态畴的光控开关，其包括由下至上顺次设置的绝缘衬底层、二维半导体导电层和绝缘保护层；所述二维半导体导电层上设有两个绝缘刻槽，且其两侧边还分别沿边缘方向设有输入电极和输出电极；所述绝缘刻槽中填充有光敏材料两个绝缘刻槽之间形成纳米沟道；所述纳米沟道与输入电极、输出电极分别垂直。相对于现有技术，通过间隔地施加光照，所述光控开关能够高频地在电流导通状态和电流关闭状态间切换。

技术领域

本发明涉及高频开关领域，尤其涉及一种基于静态畴的光控开关。

背景技术

耿氏效应，也称为转移电子效应，其基本原理是电子在半导体导带的能谷之间转移。具体地，对于带有主能谷和次能谷的砷化镓等Ⅲ-Ⅴ族化合物的半导体材料而言，从外部获得足够多的能量的电子可以从导带高迁移率的主能谷跃迁到低迁移率的次能谷中。如果外加电场为零，这时电子几乎都处于能量较低的主能谷中。而随着外加电场的强度从零开始逐渐增强时，电子的平均漂移速度也随之增加。当外加电场达到阈值电压时，电子获得足够多的能量就可以从低能谷向高能谷转移。此时，电子的有效质量变大，平均迁移速率变小，便出现了负微分电阻的情况，当外加电场的强度达到饱和电压时，几乎所有的电子都被转移到次能谷。因此，具有转移电子效应的多能谷半导体材料，例如GaAs、InGaAs等可以用来制造耿氏电学元件。

现有技术中多数耿氏二极管的工作过程为：在耿氏二极管两端施加适当的偏压，使半导体处于负微分电导状态，此时，载流子在阴极附近开始累积，并一边成长成熟的耿氏畴，一边往阳极漂移。当耿氏畴到达阳极时会消亡并输出一个电流脉冲，然后又在阴极形成新的耿氏畴。重复上述过程，则耿氏二极管的阳极可以输出一个一个的电流脉冲，其称为耿氏振荡。为了摆脱输出电流振荡的限制，H.Scheiber等人通过在三端平面耿氏元件中引入场效应以产生静态畴。但该元件需要通过额外的光刻技术实现栅极，工序复杂。

然而，现有技术中尚没有电学元件能够实现简单地通过切换电学元件内耿氏畴的存在状态来改变该电学元件的电流导通或关闭状态。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于静态畴的光控开关，其能够通过改变光照条件来切换电学元件内静态畴的状态，进而改变该电学元件的电流导通或关闭状态。

本发明通过以下方案实现：所述基于静态畴的光控开关包括由下至上顺次设置的绝缘衬底层、二维半导体导电层和绝缘保护层；所述二维半导体导电层上设有两个绝缘刻槽，且其两侧边还分别沿边缘方向设有输入电极和输出电极；所述绝缘刻槽中填充有光敏材料，两个绝缘刻槽之间形成纳米沟道；所述纳米沟道与输入电极、输出电极分别垂直。

相对于现有技术，本发明通过改变照射所述光控开关的光照条件来控制所述光控开关的导通或关闭状态：无光照射时，由于填充于绝缘刻槽的光敏材料是高介电常数材料，其将增强纳米沟道场效应形成静态畴，使所述光控开关关闭；有光照射时，所述光敏材料变为低介电常数材料，所述纳米沟道无法形成静态畴，使所述光控开关导通。因此，通过间隔地施加光照，所述光控开关能够高频地在电流导通状态和电流关闭状态间切换。

进一步地，所述输入电极与所述输出电极的长度均小于二维半导体导电层的宽度，所述纳米沟道的长度小于所述二维半导体导电层的长度。

进一步地，所述光敏材料在有光照时电介质常数变小，无光照时介电常数变大。

进一步地，所述绝缘刻槽均为L型，两个绝缘刻槽沿所述二维半导体导电层平面的对称轴轴对称且背向设置；两个L型绝缘刻槽的短边分别延伸至二维半导体层的相对两侧边界，L型绝缘刻槽的长边均不接触二维半导体层的边界。此方案中，所述光控开关内仅有唯一的纳米沟道，电子只能通过纳米沟道移动。

进一步地，所述纳米沟道的宽度为25-55nm。通过此设置，无光照时纳米沟道中场效应增强形成静态畴。