[发明专利]一种碲基室温太赫兹探测器件

说明书

本发明公开了一种碲基室温太赫兹探测器件，器件具有金属‑半导体‑金属结构，半导体选用碲纳米片材料，选用钛和金做金属电极。Te太赫兹探测器在室温下斩波频率1kHz，172GHz的工作频率下响应时间仅为9.7μs，响应率高达600kV/W，在1V偏置和1kHz调制频率下的NEP低于0.1pW/Hz⁰_.⁵。探测器经过被两次加热至200℃20分钟再冷却后，响应基本保持不变。Te太赫兹探测器具有以下优点：1、结构简单；2、可室温工作；3、器件灵敏度高；4、响应速度快；5、稳定性好。

技术领域

本发明涉及太赫兹探测领域，具体是指一种碲基室温太赫兹探测器件。

背景技术

太赫兹(THz)覆盖0.1～10太赫兹的范围，是介于红外和微波之间的空隙波段[1]。太赫兹波具有穿透性强、使用安全性高、定向性好、带宽高等技术特性，有很大的潜在应用价值。目前红外和微波探测技术已经发展较成熟，而太赫兹波是人类迄今为止了解较少，开发较少的一个波段，亟需发展可高温工作、灵敏度高的太赫兹探测器。

碲(Te)是一种重要的p型窄带隙半导体，带隙为0.3eV，稳定性好。曾被制备成光电导型探测器，1961年理论上计算在3.4μm处的碲探测器的NEP值可以达到3.1×10^-13W[2]。这种光电探测存在着波长(光子能量)选择性的问题，探测波段取决于带隙的大小，并且在中远红外电磁波段，由于热噪声能量的存在，热噪声激发与光学激发形成竞争机制，从而探测效率显著下降，需要低温(4.2K，77K)甚至是深低温(100-300mK)制冷。本发明基于新提出的光诱导势阱效应新机理，设计了一种基于Te材料的金属-半导体-金属(MSM)结构太赫兹探测器件[3]。当用0.7meV能量(远小于Te禁带宽度0.3eV)的光子入射到设计的金属-半导体-金属(MSM)结构上时，将在Te材料中诱导产生势阱。金属电极中的自由电子将进入半导体材料Te中，并被诱导产生的势阱束缚，使得Te中载流子浓度发生改变，材料的电导率也相应发生改变。通过外加偏置电场读出信号，进而实现太赫兹波段的室温高灵敏度探测。

以上涉及的参考文献如下：

1.B.Ferguson and X.-C.Zhang,Materials for terahertz science andtechnology,Nat.Mater.1,26–33(2002).

2.D.Genzow,Infrared Photovoltaic Radiation Detector with TelluriumSingle Crystals,Phys.Stat.Sol.(a)1,K77(1971).

3.Zhiming Huang,Wei Zhou,Jinchao Tong,Jingguo Huang,Cheng Ouyang,YueQu,Jing Wu,Yanqing Gao,and Junhao Chu，Extreme Sensitivity of Room-TemperaturePhotoelectric Effect for Terahertz Detection,Adv.Mater.28,112–117(2016).

发明内容

针对远红外太赫兹波段探测器探测率灵敏度低、结构复杂、需深低温制冷等问题，本发明设计了一种碲基室温太赫兹探测器件，该探测器可实现探测光子能量远小于碲的禁带宽度、探测器灵敏度高、响应速度快，稳定性好且可室温工作。

本发明一种碲基室温太赫兹探测器件采用高阻硅衬底1，衬底上有一层自然氧化的二氧化硅层2，将碲纳米片3转移到二氧化硅层2上，然后在碲纳米片上制备左右对称的蝶形正电极层4和蝶形负电极层5；

所述的高阻硅衬底1厚度为0.5mm，电阻率10000Ω·cm；

所述的自然氧化的二氧化硅2厚度25nm；