[发明专利]一种光电探测器及其应用

说明书

本发明提供了一种光电探测器，包括光电转换材料、电极、光源、电压源和电流表；所述光电转换材料的材质为外尔半金属材料。本发明提供的光电探测器无需改变外尔半金属本身的能带结构，应用于光电探测领域中，能够实现在≤300K温度下宽波段(紫外、可见、近红外、中远红外和太赫兹波段)响应。此外，本发明提供的光电探测器结构简单，无需像基于石墨烯材料的光电探测器需要衬底，也不像基于窄带隙半导体材料的光电探测器一般应用于低温(100K以下)环境中，因而必须有制冷装置。

技术领域

本发明涉及光电探测技术领域，特别涉及一种光电探测器及其应用。

背景技术

具有宽波段响应(紫外、可见、红外乃至太赫兹)的光电探测技术在许多先进技术领域有重要应用，如成像、遥感、环境监测以及光通信等。因此，自十九世纪光电效应被发现以来，将光信号转化为电信号的宽波段光电探测器就引起了广泛的关注。

基于光电效应，当入射光子能量高于半导体能隙时，电子吸收能量从价带跃迁至导带，实现光电探测，这促进了窄带隙半导体材料(如HgCdTe、PbS和PbSe)在宽波段尤其是中红外区探测的应用。但是由于电子的玻尔兹曼分布，热致载流子的产生将会掩盖光生载流子，因此基于窄带隙半导体材料的光电探测器一般应用于低温(100K以下)环境中。

近年来报道的石墨烯材料由于其无能隙的能带结构和超高的载流子迁移率(10⁵cm²V^-1s^-1)成为宽波段光电探测领域研究的热点。但此类材料对光的吸收能力弱(单层吸收率为2.3％)，限制了光-电信号转化效率以及室温下可探测到的载流子的产生。目前，基于石墨烯的宽波段探测器已经实现了从可见到中红外波段(532nm～10.31μm)的响应，但同样是在低温(150K以下)环境中实现的。研究表明，通过打开能隙或者引入缺陷态可以改善石墨烯光吸收性能及光电响应性能，但这同时也削弱了其宽波段探测的优势。

此外，无论是基于窄带隙半导体材料还是石墨烯的光电探测器，均存在结构复杂的问题，限制了其在现实中的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光电探测器及其应用，本发明提供的光电探测器结构简单，应用于光电探测领域中，能够实现在≤300K温度下宽波段(紫外、可见、近红外、中远红外和太赫兹波段)响应。

本发明提供了一种光电探测器，包括光电转换材料、电极、光源、电压源和电流表；

所述光电转换材料的材质为外尔半金属材料。

优选的，所述外尔半金属材料包括TaAs、NbAs、TaP、NbP、Cd₃As₂或ZrTe₅。

优选的，所述电极的材质包括铜、金、银、铂或镍。

优选的，所述光电转换材料设置在所述电极之间，与所述电极形成欧姆接触。

优选的，所述光电转换材料的形状为块体。

优选的，所述光电转换材料与所述电极形成欧姆接触的两个接触面是平行的。

优选的，所述光电转换材料与所述电极无欧姆接触的一侧设置有所述光源。

优选的，还包括导线，所述电极、电压源和电流表通过导线连接，形成回路。

优选的，所述电压源施加的电压为1nV～1V。

本发明提供了上述技术方案所述光电探测器在光电探测领域中的应用，所适用的温度为≤300K；所适用的波段为紫外、可见、近红外、中远红外和太赫兹波段。