[发明专利]一种基于热释电及光电双功能的集成传感器件

说明书

本发明涉及一种热释电/光电双功能集成传感器件。该传感器件为预极化半导体薄膜的热释电/光电双功能集成传感器件，由光电传感阵列和导电接线金属薄膜层组成，该光电传感阵列由光电传感单元以并联的形式组成，该光电传感单元由铁电性半导体薄膜层和透明导电薄膜层以面外异质结的形式组成，该铁电性半导体薄膜层是含有氧空位的多晶型薄膜层，该透明导电薄膜层是具有高功函数的金属薄膜层。该集成传感器件不仅可以通过调整退极化场的强度和方向来进行控制，还可以通过热释电效应的电势来进行调节。

技术领域

本发明涉及光电传感信息设备领域，特别是涉及一种基于热释电及光电双功能的集成传感器件。

背景技术

基于半导体材料的大量研究，光与电的能量转换效率逐步提升，光电传感器件在信息通讯、环境监测、安全防控、清洁能源、智能物联、自动化控制以及军工系统等应用工程领域中占据着重要地位。并随着微电子工艺的发展，小型化的、低功耗的、高性能的新型传感器件不断被设计出来，应用于极端条件下的工作环境。此外，结合材料的结构特性，所制备传感器件能够受第三端口的变量控制，或者能够实现对第三方物理量的探测，以使其功能具备特异性，满足复杂环境中的工作需求。

一般，铁电性半导体材料在施加外电场后，内部的退极化场会使能带发生弯曲，从而与电极接触面的势垒高度改变，光电转换特征随即反应到伏安曲线。另外，铁电性半导体内部的正负电荷重心偏移，这提供了一种分离光激发电子空穴对的内建电势。根据上述的材料特性，铁电性半导体已被应用于太阳能电池、光电传感等研究。与此同时，铁电性材料所属的非中心对称性结构，合适的光照下能够产生温度变化，使得薄膜内构成热释电电势，从而形成数倍于势垒的光电流，有效的提升了光电转换效率。然而，由于不理想的能带结构和退极化场的低分离效率，铁电性半导体的能量转换效率仍远低于IV族半导体，而热释电性半导体在光照下产生的热释电电势具有单一性，难以实现第三方可控的光电传感器件。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于热释电及光电双功能的集成传感器件，以解决铁电性半导体的能量转换效率低，热释电性半导体在光照下产生的热释电电势具有单一性，难以实现第三方可控的光电传感器件的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于热释电及光电双功能的集成传感器件，包括：光电传感阵列以及导电接线金属薄膜层；

所述光电传感阵列设于所述导电接线金属薄膜层上；所述光电传感阵列包括多个光电传感单元；所述光电传感单元包括铁电性半导体薄膜层以及透明导电薄膜层；所述铁电性半导体薄膜层以及所述透明导电薄膜层形成异质结；所述透明导电薄膜层包括顶电极薄膜层以及底电极薄膜层；所述顶电极薄膜层、所述铁电性半导体薄膜层以及所述底电极薄膜层构成肖特基势垒；所述铁电性半导体薄膜层为含有氧空位的多晶型薄膜层，所述铁电性半导体薄膜具有热释电效应。

可选的，所述铁电性半导体薄膜层，设于所述顶电极薄膜层以及所述底电极薄膜层之间；所述顶电极薄膜层的上表面设有顶电极布线层；所述底电极薄膜层的下表面设有底电极布线层。

可选的，所述光电传感阵列的排列布局为二维平铺网络、六角蜂窝结构或三维堆叠网络。

可选的，多个所述光电传感单元以并联方式连接。

可选的，所述导电接线金属薄膜层为铜金属薄膜层、银金属薄膜层、铂金属薄膜层或金金属薄膜层。

可选的，所述肖特基势垒为等高势垒、非等高势垒以及单势垒单欧姆接触；

所述肖特基势垒的电极面积不等于所述铁电性半导体薄膜的面积。

可选的，所述铁电性半导体薄膜层为六方晶系的铁氧体薄膜层、六方晶系的锰氧体薄膜层或非中心对称的金属氧化物薄膜层。

可选的，所述透明导电薄膜层为铂金属薄膜层、金金属薄膜层或镍Ni金属薄膜层。