[发明专利]基于激子绝缘体相特性的太赫兹探测器及其制备方法

说明书

本发明揭示了一种基于激子绝缘体相特性的太赫兹探测器及其制备方法，所述太赫兹探测器基于钽镍硒在室温下具有激子绝缘体相特性实现对太赫兹波的有效探测，所述制备方法包括：S1、提供衬底；S2、在衬底上通过热氧化法制备氧化层；S3、在氧化层上制备钽镍硒沟道层；S4、在部分氧化层及部分钽镍硒沟道层上制备电极层。本发明基于钽镍硒的优异物理特性，其窄的直接带隙和室温下激子绝缘体相用于室温太赫兹探测器，实现了室温下的高速、宽谱和高灵敏探测，为室温太赫兹探测器的应用奠定了基础。

技术领域

本发明属于太赫兹探测器技术领域，具体涉及一种基于激子绝缘体相特性的太赫兹探测器及其制备方法。

背景技术

太赫兹（Terahertz，THz）辐射通常指的是波长在30µm∼3mm(0.1 THz ∼10 THz)、介于毫米波与红外波之间的电磁波，处于微波电子学和红外光子学的交叉、过渡区域。太赫兹波具有低能量（1 THz~4 meV，不会对生物体细胞结构造成破坏）、高透射（能穿透许多非金属以及非极性材料）、安全性、指纹谱性以及高带宽特性等特性，使其在无损检测、安全检查、空间通信、生物医学等领域有着广泛的应用。

太赫兹应用中的核心器件是太赫兹辐射源和太赫兹探测器，而室温、高速、高灵敏的固态太赫兹探测器在其中具有举足轻重的作用。一般来说，太赫兹探测技术可分为相干探测（同时获取幅值和相位信号）和非相干探测（仅获取幅值信号）两种。非相干探测是利用探测器将太赫兹信号转换为电流/电压信号，从而实现太赫兹波的探测，相较于相干探测，其结构更简单，便于小型化。非相干探测，目前市面上已有一些商用的太赫兹探测器，第一类是基于热效应的热释电探测器、辐射热探测器和高莱探测器，此类探测器有灵敏度或响应速度的限制；而另一类基于超导的探测器，其灵敏度是目前最高的，但需要在极低温下工作。

因此，亟需开发新的材料和探索新的原理来实现室温高灵敏太赫兹探测技术。三元层状材料钽镍硒（Ta₂NiSe₅）在室温下价带出现反常的平坦化和加宽，具有激子绝缘体基态（EI）。当电子态与激子形成有关时，直接带隙性质与EI相结合为研究光激发的作用提供了前所未有的机会，也为新型室温太赫兹探测器提供了新的可能。

现有太赫兹探测器基于热效应或超导型都面临着各自的问题，包括响应速度慢、灵敏度低以及需要低温等，无法满足现有太赫兹技术应用的需求；同时，针对新型低维半导体材料中出现的新奇物理特性，未能很好的应用于太赫兹探测中，没有进一步探索探测机制。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种基于激子绝缘体相特性的太赫兹探测器及其制备方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于激子绝缘体相特性的太赫兹探测器及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

一种基于激子绝缘体相特性的太赫兹探测器的制备方法，所述太赫兹探测器基于钽镍硒在室温下具有激子绝缘体相特性实现对太赫兹波的有效探测，所述制备方法包括：

S1、提供衬底；

S2、在衬底上通过热氧化法制备氧化层；

S3、在氧化层上制备钽镍硒沟道层；

S4、在部分氧化层及部分钽镍硒沟道层上制备电极层。

一实施例中，所述步骤S1中的衬底为高阻本征硅衬底，电阻率大于或等于20000Ω·cm。

一实施例中，所述步骤S2具体为：

在高阻本征硅衬底上通过干氧-湿氧-干氧氧化法制备厚度为200~400nm的二氧化硅层。

一实施例中，所述步骤S3具体为：

对制备有氧化层的衬底进行超声清洗；