[发明专利]一种窄带隙二维磁性薄膜异质结非制冷红外探测器

说明书

一种基于层状材料异质结的光电探测器，包括在衬底上设有自下到上的结构：衬底绝缘层，底面反射电极层，所述电极层置于所述衬底绝缘层上；异质结包括n‑型二维层状薄膜材料薄膜，p‑型二维层状薄膜材料薄膜层在上述n‑型二维层状薄膜材料薄膜层上，上述二维层状异质结置于所述底电极层上，其中异质结结区与底面反射电极层重合且紧密接触；顶电极层，所述顶电极层设置在所述p‑n结上方p‑型二维材料的一侧或部分区域；透明顶栅绝缘层，所述透明顶栅绝缘层覆盖在整个异质结器件正上方，透明顶栅绝缘层包括高介电材料如二氧化铪和PMMA；所述的透明顶栅电极设置在p‑n结正上方，包含石墨烯、ITO等透明材料。

技术领域

本发明是关于窄带隙磁性二维层状材料异质结光电子技术，特别是关于一种基于磁性偏振灵敏非制冷宽谱红外探测。

背景技术

光电探测器是一种可以将光信号转换为电信号的器件，被广泛运用于军事、工业控制、光通信、医疗影像、环境监测及航空航天等诸多领域。其中可见光(380nm-760nm)和红外(IR,770nm-1mm)探测技术作为一种前景广阔的技术，在军事、消防和环境监测等领域有着巨大的应用潜力。目前，大多数的红外探测器取决于化合物的单晶半导体红外吸收,如HgCdTe InSb和III-V三元合金，但生长单晶化合物半导体包括的沉积加工过程所需的高成本使其应用受到限制。另外在红外波段为获得高探测性能，需要工作在液氮温度，不能满足新一代红外探测小型化和轻型化需求，在这种背景下，二维材料及异质结构的出现，给新一代红外光电探测技术发展带来了新的希望。比如石墨烯、过渡金属硫化物、黑磷等二维材料因具有宽光谱吸收、带隙可调、高载流子迁移率等良好的光学与电学性能，广泛应用于可见及红外探测器的制作。

发明内容

本发明目的是，提供一种基于窄带隙二维磁性层状薄膜材料异质结宽谱偏振灵敏非制冷红外探测器，通过异质结构减小探测器的体积，并实现室温、宽波段和高灵敏探测器。

为了实现上述目的，本发明技术方案是：一种基于层状材料异质结的光电探测器，其特征是，包括在衬底上设有自下到上的结构：衬底绝缘层2，底面反射电极层3，所述电极层置于所述衬底绝缘层上；异质结包括n-型二维层状薄膜材料薄膜5，p-型二维层状薄膜材料薄膜层6(p型层状带隙磁性半导体材料FePSe₃、CrSiTe₃、CrGeTe₃)叠放在上述n-型二维层状薄膜材料薄膜层上，整个约25±10nm厚的二维层状异质结置于所述底电极层上，其中异质结结区与底面反射电极层重合且紧密接触；顶电极层4，所述顶电极层设置在所述p-n结上方p-型二维材料的一侧或部分区域(一周)；透明顶栅绝缘层7，所述透明顶栅绝缘层覆盖在整个异质结器件正上方，透明顶栅绝缘层包括高介电材料如二氧化铪和PMMA7等；顶栅透明电极层8，所述的顶栅透明电极设置在p-n结正上方，包含石墨烯，ITO等透明材料。

光电探测过程中，所述异质结在探测器在加偏置电压和在零偏振电压情况下测试开光和关光时候的电流以得到电导的变化的响应，其中异质结结区下的底面反射金属电极层通过反射入射光提高材料光吸收以提高响应灵敏度。通过改变照射光波长和功率，获得不同波段的探测灵敏度。改变光偏振模式在磁性材料铁磁转变温度以下测试偏振灵敏光响应、也可以对物体做光电流成像以观测其非制冷红外光探测性能。

本发明p-n异质结宽谱红外光探测器和相关的异质结电子器件能构成原子级厚度的p-n结，与传统光探测器相比，体积更小，偏振灵敏光响应、具有高探测效率及宽谱响应和非制冷红外探测性能，反射式镜面结构增强光吸收和光电流收集效率使获得的p-n异质结探测器具有更高外量子效率。

制备窄带隙二维磁性p型半导体材料：FePSe₃、CrSiTe₃、CrGeTe₃等。