[发明专利]一种铁电局域场增强的偏振光电探测器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铁电局域场增强的偏振光电探测器及其制备方法，涉及偏振光电探测技术领域，该偏振光电探测器从下向上观测依次是衬底、二维半导体层、金属电极对以及铁电薄膜层；二维半导体层的材料为黑磷；铁电薄膜层的材料为聚偏氟乙烯基铁电聚合物；金属电极对包括第一金属电极和第二金属电极；第一金属电极和所述第二金属电极之间形成的沟道结构暴露出部分二维半导体层；其中，通过对铁电薄膜层电极化后暴露出的部分二维半导体层形成面内PN结。利用铁电薄膜的强局域场改变黑磷在armchair方向和zigzag方向上的塞贝克系数和电导率，增强armchair方向上的光电流，使得偏振光电探测器的偏振探测比大大提高。

技术领域

本发明涉及偏振光电探测技术领域，特别是涉及一种铁电局域场增强的偏振光电探测器及其制备方法。

背景技术

一般来说，光电探测器可以探测光强、光谱和空间这三个方面的信息，但是对于偏振光电探测器来说可以通过探测光的偏振度、偏振方位角、偏振椭率和旋转方向来增加探测到的收集信息的维度。将改变光偏振角度时获得的最大光电流与最小光电流的比值定义为偏振光电探测器的偏振探测比(Polarization Ratio，PR)，以此表示偏振光电探测器的偏振敏感度，偏振探测比越大表示偏振光电探测器对偏振光越敏感。

偏振探测技术应用广泛，在航天遥感、目标探测、生物医学、仿生视觉等方面都具有重要的应用。目前对于偏振探测，主要是在探测系统中加入复杂的光学系统，采用分时技术、分孔径技术和分振幅技术对偏振信息进行提取，但是这样的偏振探测系统难以避免地会有响应速度慢、空间分辨率低和响应率低等问题。虽然可以通过在传统探测器上设计金属纳米光栅和滤波结构来增强对光的偏振吸收，但是这种工艺过程繁琐复杂，不利于集成在微纳光电系统中。

随着具有各向异性晶体结构的二维半导体材料，例如ReS₂、ReSe₂、GeSe和黑磷(Black Phosphorous，BP)的出现，工艺制备相对简单、能够实现偏振光电探测和易于集成到微纳系统中的低维材料偏振光电探测器也应运而生。其中，黑磷是一种由单一磷元素组成的二维层状结构材料，层内的黑磷原子在armchair和zigzag方向上的边界分别呈“扶手椅”和锯齿状排布。黑磷是一种窄带隙的直接带隙半导体，其光吸收效率和发光效率较高，并且探测范围广，包含可见光波段到近红外波段。然而现有的黑磷偏振探测器的偏振探测比不高(一般小于10)，这就大大限制了黑磷偏振探测器的实际应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种铁电局域场增强的偏振光电探测器及其制备方法，以达到提高偏振探测比的目的。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种铁电局域场增强的偏振光电探测器，从下向上观测依次是衬底、二维半导体层、金属电极对以及铁电薄膜层；

所述二维半导体层的材料为黑磷；所述铁电薄膜层的材料为聚偏氟乙烯基铁电聚合物；

所述金属电极对包括第一金属电极和第二金属电极；所述第一金属电极和所述第二金属电极之间形成的沟道结构暴露出部分所述二维半导体层；其中，通过对所述铁电薄膜层电极化后暴露出的部分所述二维半导体层形成面内PN结。

可选的，所述衬底包括硅基底以及设置在所述硅基底上的二氧化硅层；所述衬底的厚度为0.3-0.5毫米。

可选的，所述二维半导体层的厚度为5-15纳米，铁电薄膜层的厚度为50-200纳米。

可选的，所述第一金属电极和所述第二金属电极均为铬金复合电极；所述铬金复合电极包括铬层以及设置在所述铬层上的金层；其中，所述铬层的厚度为10纳米，所述金层的厚度为20纳米。

一种铁电局域场增强的偏振光电探测器的制备方法，包括：

采用机械剥离转移工艺将二维半导体材料转移至衬底表面，以生成二维半导体层；所述二维半导体材料为黑磷；