[发明专利]光电转换元件以及包括该光电转换元件的光学传感器

说明书

本发明公开了一种光电转换元件以及包括该光电转换元件的光学传感器。光电转换元件可以包括多个晶格堆叠，该多个晶格堆叠在基板上一个在另一个的顶部上重复地堆叠并配置为具有有效带隙。所述多个晶格堆叠可以每个包括第一有源层和在第一有源层上的第二有源层。第一有源层可以包括具有第一带隙的第一二维材料。第二有源层可以包括具有不与第一带隙重叠的第二带隙的第二二维材料。有效带隙可以基于第一二维材料和第二二维材料的类型、第一有源层和第二有源层的厚度、以及所述多个晶格堆叠的一个在另一个的顶部上重复堆叠的次数来调整。

技术领域

本公开涉及光电转换元件以及包括该光电转换元件的光学传感器。

背景技术

拍摄物体的图像并将该图像转换为电信号的图像传感器不仅用于典型的消费电子设备诸如手机相机和便携式摄像机，而且用于安装在安全设备和机器人中的相机中。这样的图像传感器通常是包括硅的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，并通过使用典型的制造工艺来制造，因此，具有优异的可加工性和高可靠性。然而，近来，CMOS图像传感器技术的局限性已经出现在诸如生物健康、人脸识别、指纹识别和安全服务的应用中，因为无法通过包括硅的CMOS图像传感器来检测红外(IR)区域。例如，基于Si的图像传感器在近红外(NIR)区域中具有小于30％的量子效率。这对应于相对于可见光区域的小于50％的低光照强度。

因此，正在对具有高灵敏度的用于接收包括IR区域的各种波长区域的光的光接收元件进行研究。

发明内容

提供了一种光电转换元件以及包括该光电转换元件的光学传感器。

另外的方面将在下面的描述中被部分地阐述，并将部分地从该描述变得明显，或者可以通过给出的实施方式的实践而掌握。

根据本发明构思的一些示例实施方式，一种光电转换元件可以包括基板以及在基板上一个在另一个的顶部上重复地堆叠并配置为具有有效带隙的多个晶格堆叠。所述多个晶格堆叠可以每个包括第一有源层和在第一有源层上的第二有源层。第一有源层可以包括具有第一带隙的第一二维材料。第二有源层可以包括具有不与第一带隙重叠的第二带隙的第二二维材料。

在一些示例实施方式中，所述多个晶格堆叠可以形成多量子阱(MQW)结构。

在一些示例实施方式中，所述多个晶格堆叠的有效带隙可以根据第一有源层的厚度来调整。

在一些示例实施方式中，所述多个晶格堆叠的有效带隙可以根据第二有源层的厚度来调整。

在一些示例实施方式中，第一有源层的厚度可以不同于第二有源层的厚度。

在一些示例实施方式中，第一有源层的厚度和第二有源层的厚度可以每个在从约1.0nm至约3.5nm的范围内。

在一些示例实施方式中，有效带隙可以根据第一二维材料的类型和第二二维材料的类型来调整。

在一些示例实施方式中，第一二维材料和第二二维材料可以均独立地包括IV族过渡金属硫族化合物(TMD)材料、V族TMD材料和VI族过渡金属硫族化合物(TMD)材料的其中之一。