[发明专利]集成有波导的低维材料异质结光电探测器

说明书

本发明涉及集成芯片领域，公开了一种集成有波导的低维材料异质结光电探测器，包括：衬底（1），形成于衬底（1）上的光波导（2），设置在光波导（2）的光耦合输入端（3）的1×2光分束器（4），覆盖在光波导（2）表面上的低维材料异质结薄膜（5），在低维材料异质结薄膜（5）两端、光波导（2）两侧还分别覆盖正电极（6）和负电极（7）；低维材料异质结薄膜（5）与光波导（2）的传输方向垂直设置；在光波导（2）与低维材料异质结薄膜（5）的相互作用区，光波导（2）为两个锥型波导结构相对设置的结构。通过本方法制备的光电探测器能够探测出高功率和多波段的光信号，响应度较高，光‑电响应带宽较大。

技术领域

本发明涉及集成芯片领域，特别涉及一种集成有波导的低维材料异质结光电探测器。

背景技术

光-电探测器一般被用于探测光或其他电磁能量。目前探测器在有线或无线通信、传感、监控、国家安全领域等方面具有重要实际应用。具体在光-电子集成芯片中，光-电探测器是接收端核心芯片之一，它将高速光数据转换成电信号。光-电探测器一般来说是利用材料具有热电效应、光电效应、电吸收效应，来探测光的强度大小。在光通信波段，目前基于的主要材料体系有III-V族材料、锗（Ge）、硅（Si）。虽然基于这些材料体系的探测器取得具有良好的性能并且实现商用化，还是有诸多不足之处，例如，光学响应波长单一，器件尺寸较大，制备工艺复杂，成本较高等。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种集成有波导的低维材料异质结光电探测器，该光电探测器能够探测出高功率和多波段的光信号，响应度较高，光-电响应带宽较大。

技术方案：本发明提供了一种集成有波导的低维材料异质结光电探测器，包括：衬底，形成于所述衬底上的光波导，设置在所述光波导的光耦合输入端的1×2光分束器，覆盖在所述光波导表面上的低维材料异质结薄膜，在所述低维材料异质结薄膜两端、所述光波导两侧还分别覆盖正电极和负电极；所述低维材料异质结薄膜与所述光波导的传输方向垂直设置；在所述光波导和所述低维材料异质结薄膜的相互作用区，所述光波导为两个锥型波导结构相对设置的结构。

优选地，所述低维材料异质结薄膜由自上而下或自下而上依次覆盖的二硫化钼薄膜材料层、氮化硼薄膜材料层和黑鳞薄膜材料层组成。由于二硫化钼薄膜材料层和黑鳞薄膜材料层分别具有不同的带隙范围，使得本探测器能够探测到波段为400-680nm和1100nm~4000nm的光信号，光-电响应带宽较大。

优选地，所述二硫化钼薄膜材料层的厚度为1nm~20nm，带隙变化范围为1.2eV~1.8eV。

优选地，所述黑鳞薄膜材料层的厚度为1nm~20nm，带隙变化范围为0.3eV~1eV。

优选地，在所述光波导的两侧还分别设置有第一石墨烯电阻加热器和第二石墨烯电阻加热器。经1×2光分束器分成两路的光信号分别从两侧光波导传输的路径会有差别，这样两侧光信号到达探测区的时间就会不同，导致探测信号质量差，本发明中在两侧光波导的一侧分别设置第一石墨烯电阻加热器和第二石墨烯电阻加热器，能够对两侧光波导进行加热，从而调节两侧光波导的折射率，进而调节两侧光信号的传播速率，使得经两侧光波导传输的光信号能够同时到达探测区，使得探测到的光信号质量较好，响应度较高。

优选地，所述第一石墨烯电阻加热器和所述第二石墨烯电阻加热器分别距离所述光波导200nm-3000nm。

优选地，所述光波导的材料为在400-4000nm光波段范围具有低传输损耗的材料。

优选地，所述光波导的材料为氮化硅材料、铌酸锂材料或氮化铝材料。

优选地，所述正电极和所述负电极距离所述光波导的最小间距均大于500nm。