[发明专利]一种石墨烯超带宽光电探测器

说明书

本发明属于光电探测器技术领域，具体涉及一种石墨烯超带宽光电探测器，包括衬底层、绝缘隔离层、谐振腔波导结构和异质结，所述衬底层上设置有谐振腔波导结构，所述谐振腔波导结构上设置有绝缘隔离层，所述绝缘隔离层上设置有异质结。本发明将石墨烯与二氧化钛结合形成异质结，将石墨烯能探测红光到可见光的特性与二氧化钛材料能吸收紫光的材料特性相结合，使光电探测器的光谱响应包含红外到可见光甚至到紫光的区域，且石墨烯本身的高载流子迁移率等特性也可以提高探测器的光响应度和光增益。

技术领域

本发明属于光电探测器技术领域，具体涉及一种石墨烯超带宽光电探测器。

背景技术

随着光电信息技术的快速发展，光电探测器已经成为日常生活中不可或缺的一部分，主要应用在环境监控、光通信、热成像及军事化等领域。目前应用最广泛的为硅基光电探测器，可以探测到可见光到红外波段。但是硅基光电探测器自身存在一些限制，随着硅基半导体的制造技术接近“摩尔定律”的极限，若再将器件尺寸进一步缩小，经典物理理论将不再适用；此外硅基探测器还存在对光的吸收率不高和吸收光谱窄等限制。

近年来，通过对二维材料的深入研究，其独特的物理、化学和电子特性受到广泛关注。特别是石墨烯材料在光电上表现出的优良性能和输运性质，使其在下一代光电子器件领域具有广阔的应用前景。由于石墨烯具有缺陷密度低、易实现大面积转移、制备成本低、比表面积大和载流子迁移率高等优异特性，使它在高频光电探测器中得到了广泛的应用。

当前对光吸收效率高、宽频谱及柔韧性好的新材料的需求日益增长，以及对二维材料硏究的不断深入，这些新颖的二维材料为高性能光电探测器的设计和制备提供了新的机遇，弥补硅基探测器应用上的一些限制。石墨烯光电探测器技术的突破有望实现柔性化、高性能、宽频谱探测，在未来光电探测器的应用上有很好的前景。

发明内容

针对上述硅基探测器尺寸存在限制、对光的吸收率不高和吸收光谱窄的技术问题，本发明提供了一种性能高、吸收率高、利用率高、响应度高的石墨烯超带宽光电探测器。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种石墨烯超带宽光电探测器，包括衬底层、绝缘隔离层、谐振腔波导结构和异质结，所述衬底层上设置有谐振腔波导结构，所述谐振腔波导结构上设置有绝缘隔离层，所述绝缘隔离层上设置有异质结。

所述异质结包括源电极、漏电极、栅电极、石墨烯薄膜和二氧化钛薄膜，所述源电极和漏电极均设置在绝缘隔离层上，所述源电极和漏电极之间设置有石墨烯薄膜和二氧化钛薄膜，所述二氧化钛薄膜设置在石墨烯薄膜的上方，所述石墨烯薄膜的一侧设置有栅电极。

所述谐振腔波导结构包括第一介质填充层、第二介质填充层和波导，所述第一介质填充层、第二介质填充层和波导均设置在衬底层上，所述第一介质填充层和第二介质填充层分别位于波导的两侧。

所述衬底层的材料采用硅，所述绝缘隔离层的材料采用SiO或氮化硼。

所述源电极、漏电极和栅电极的材料至少包含金、银、铜中的一种。

所述源电极与栅电极之间加设有第一电源，所述源电极与漏电极之间加设有第二电源。

所述波导采用矩形结构，所述波导横截面过渡为圆波导的结构，构成方圆波导变换器，所述波导的传输主膜为H膜，所述波导的材料采用硅、锗、砷、III-V族化合物或II-VI族化合物，所述第一介质填充层、第二介质填充层的材料采用金属氧化物。

所述第一介质填充层、第二介质填充层的折射率低于波导的折射率。

所述石墨烯薄膜采用机械剥离或CVD气相沉积制备或还原氧化制备的单层或多层石墨烯。

本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：