[发明专利]一种室温超短沟道硒化铂太赫兹探测器及制备方法

说明书

本发明公开了一种室温超短沟道硒化铂太赫兹探测器及制备方法。器件结构自下而上依次为：第一层是衬底、第二层是氧化层、第三层是硒化铂以及搭在硒化铂上的非对称的蝶形天线和天线两侧的金属电极。器件制备步骤是将机械剥离的硒化铂转移到氧化层上，用紫外光刻方法和倾角蒸镀工艺制备非对称的蝶形天线和金属电极，形成硒化铂太赫兹探测器。太赫兹光照射时，赛贝克电动势驱动硒化铂内载流子定向运动，实现室温快速的太赫兹的探测。该探测器具有高速、宽频、高响应、高稳定性等优点，可以在室温下对树叶进行无电离损伤成像，也可以对封装在纸袋中的金属钥匙透射成像，为实现室温太赫兹探测器广泛应用奠定基础。

技术领域

本发明涉及一种室温超短沟道硒化铂太赫兹探测器及制备方法，具体指利用倾角蒸镀法形成超短沟道和非对称金属天线结构，利用位于天线中间的超窄狭缝实现太赫兹电场增强，当太赫兹照射时，非对称的电极产生赛贝克电动势驱动载流子定向运动，产生光伏信号，实现对太赫兹辐射的室温探测，对新鲜树叶的太赫兹无损成像和对封装在信封中的金属钥匙透射成像。

背景技术

太赫兹波(Terahertz,THz)的频率通常认为位于0.1～10THz(波长3毫米～30微米)之间，处于于毫米波和红外线之间。太赫兹研究是电子学和光子学交叉的交叉学科。一直以来，高功率、稳定输出的固态太赫兹源和高速、高灵敏度的太赫兹探测器的研究困难重重，限制了太赫兹技术的发展和应用，常常被称为的THz空白(terahertz gap)。

太赫兹光子特点与应用：(a)太赫兹光子能量(特征值为4meV)低、透射性好，由于太赫兹波的光子能量很低，它穿透物质时，不容易发生电离；又因为太赫兹光子对很多非极性分子透射性好，所以可用来进行对人体的成像或者无损检测，相比较X射线检测，对生命活体的损伤的大大降低。(b)指纹谱特征，太赫兹波段与很多大分子的振动、转动的特征频率重合，所以很多物质在太赫兹波段都有明显的共振吸收峰，这种指纹谱特征可以用来进行物质检测，如毒品的检测、DNA探测等。(c)太赫兹波的时域频谱稳定性好，信噪比高于傅立叶变换红外光谱技术，这使得太赫兹波非常适用于成像应用。(d)太赫兹波段相干性好、覆盖范围广，是下一代无线通信的有利备选波段。

实现太赫兹技术的应用与突破，一个关键就是制备高速度、高灵敏度、高稳定性和室温工作的太赫兹波探测器，因此发展高效光电转化的室温探测器就成为当前太赫兹探测和太赫兹成像研究的核心课题。目前，量子阱太赫兹探测遇到了很大困难，主要是因为太赫兹的光子能量小于热扰动的能量，很容易达到饱和；在场效应晶体管中利用等离激元过阻尼振荡的方法探测效率还不够高。在商用的太赫兹波探测器中，热释电探测器的响应速度比较慢，响应时间一般是毫秒量级；热辐射计一般需要比较低的工作温度；肖特基二极管的工作频率在亚太赫兹波段并且需要十分复杂的加工工艺。

二维材料的出现为太赫兹探测提供了新的备选方案。其具有表面积大，悬挂键少、带隙可调等优势受到青睐和广泛的关注。其中，硒化铂是一种Ⅱ型狄拉克半金属材料，具有载流子迁移率大、带隙随层数变化可调、极强的稳定性和拓扑性质丰富等特点。这种材料与带有超窄狭缝的非对称蝶形天线相结合，可以实现对太赫兹电场的聚焦增强和高效耦合和转化，为新型的太赫兹探测器的研究提供了良好的平台。

发明内容

本发明提出一种室温超短沟道硒化铂太赫兹探测器及制备方法，实现了硒化铂器件在室温太赫兹灵敏探测和无损透射成像等领域的应用。上述发明将硒化铂材料和带有超窄狭缝的非对称蝶形天线(bow-tie antenna)相结合，该探测器利用位于天线中间的超窄狭缝实现太赫兹电场增强，在室温下利用非对称的金属电极产生赛贝克电动势驱动载流子定向运动，从而产生光伏信号，实现对太赫兹辐射的灵敏探测，对新鲜树叶的无损透射成像和对封装在纸袋中的金属钥匙透射成像。

本发明指一种室温超短沟道硒化铂太赫兹探测器及制备方法，所述探测器的结构自下而上为：第一层是衬底1、第二层是氧化层2、第三层是硒化铂3、以及搭在硒化铂上的铬金蝶形天线4、钛金蝶形天线7和与天线相连接的金属电极一5、金属电极二6。