石墨烯量子阱光探測器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯量子阱光探測器。
【背景技術(shù)】
[0002]在中光至遠光波段發(fā)展較為成熟的傳統(tǒng)探測器有碲化銦(InSb)光探測器，和碲鎘汞(HgCdTe)光探測器。最近三十年來，隨著低維材料技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了量子阱光探測器這一新技術(shù)，并且得到快速發(fā)展和廣泛應用。與其他光技術(shù)相比，量子阱光探測器具有響應速度快、探測率高、探測波長調(diào)，抗輻射性強等優(yōu)點，而且可以用分子束外延技術(shù)(MBE)或金屬有機化學氣相沉積(M0CVD)等先進工藝生長，容易做出高品質(zhì)、大面積、均勻性強的探測器陣列。在所用的各種材料的中，砷化鎵/鋁鎵砷(GaAs/AlxGal-xAs)材料是應用最為廣泛，技術(shù)最為成熟的。它就有很多優(yōu)良特性，如電子迀移率高、禁帶寬度大、具有直接躍迀的能帶結(jié)構(gòu)。目前基于GaAs的量子阱光探測器已經(jīng)發(fā)展成為比較成熟的技術(shù)，人們已經(jīng)利用它實現(xiàn)了對中、遠光以至太赫茲等各個區(qū)域的覆蓋。
[0003]目前，中遠光波段的主流光探測器，包括InSb光探測器、HgCdTe光探測器、量子阱光探測器都在低溫下工作(通常低于100K)，需要通過液氮杜瓦或循環(huán)制冷機制冷，嚴重限制了它們的廣泛應用。此外，隨著科技的發(fā)展，人們也對探測器的響應速度提出了很高的要求。在此前提下，急需出現(xiàn)一種靈敏度高的光探測器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的目的在于提出一種石墨烯量子阱光探測器，能夠大幅提升的探測靈敏度。
[0005]根據(jù)本發(fā)明實施例的石墨烯量子阱光探測器，包括:第一壓電層和第二壓電層，所述第一壓電層和所述第二壓電層均由壓電材料構(gòu)成；量子阱層，所述量子阱層位于所述第一壓電層和所述第二壓電層之間，所述量子阱層包括兩個半導體子層和位于兩個半導體子層之間的石墨稀納米帶。
[0006]根據(jù)本發(fā)明實施例的石墨烯量子阱光探測器，利用量子阱的最優(yōu)偏置電壓，使得量子阱中的最高能級與導帶邊界對準形成最大的輸出光電流，從而達到最大的探測靈敏度；利用壓電電勢，調(diào)節(jié)量子阱的偏置電壓，從而提高單個量子阱的量子效率。
[0007]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實施例的石墨烯量子阱光探測器，還可以具有如下附加的技術(shù)特征:
[0008]進一步地，所述石墨稀納米帶通過將生長在襯底上的石墨稀材料轉(zhuǎn)移至所述半導體子層，并對所述石墨烯材料進行電子束光刻和干法刻蝕形成。
[0009]進一步地，所述壓電材料為壓電陶瓷、氮化鋁、氧化鋅或聚偏氟乙烯。
[0010]進一步地，所述半導體子層的材料為氧化鋅或二硫化鉬。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明實施例的石墨烯量子阱光探測器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]附圖標記:100-第一壓電層，200-量子講層，201-第一半導體子層，202-石墨稀納米帶，203-第二半導體子層，300-第二壓電層。
【具體實施方式】
[0013]下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0014]下面結(jié)合附圖描述本發(fā)明實施例的石墨烯量子阱光探測器。
[0015]圖1是本發(fā)明實施例的石墨烯量子阱光探測器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]如圖1所示，本發(fā)明實施例的石墨烯量子阱光探測器，包括第一壓電層100、量子阱層200和第二壓電層300。
[0017]具體地，第一壓電層100和第二壓電層300均由壓電材料構(gòu)成。
[0018]在本發(fā)明的一個實施例中，壓電材料為壓電陶瓷、氮化鋁、氧化鋅或聚偏氟乙烯，壓電層材料使用磁控濺射、或者溶膠-凝膠法制備。
[0019]量子阱層200位于第一壓電層100和第二壓電層300之間。量子阱層200包括順序設(shè)置的第一半導體子層201、石墨烯納米帶202和第二半導體子層203，形成了一個“三明治”量子結(jié)構(gòu)，可用于多種光電子器件中，例如量子阱紅外光探測器。
[0020]在本發(fā)明的一個實施例中，石墨烯納米帶202通過將生長在襯底上的石墨烯材料轉(zhuǎn)移至半導體子層，并對石墨烯材料進行電子束光刻和干法刻蝕形成。
[0021]在本發(fā)明的一個實施例中，第一半導體子層201、第二半導體子層203的材料為氧化鋅或二硫化鉬。
[0022]本發(fā)明實施例的石墨烯量子阱光探測器，是基于量子阱的光學器件。由于存在最優(yōu)偏置電壓，使得量子阱中的最高能級與導帶邊界對準，此時器件有最大的輸出光電流，從而達到最大的探測靈敏度。利用壓電電勢，調(diào)節(jié)量子阱的偏置電壓，就可以提高單個量子阱的量子效率。因此，在光導器件中，壓電電勢能夠提高光探測器的靈敏度。
[0023]本發(fā)明的實施例還提供了一種墨烯量子阱光探測器的測試方法，通過外力使硅片彎曲，達到給壓電材料施加應力的目的，考察器件在應力狀態(tài)下的輸出光電流，檢測壓電-光電子效應對器件靈敏度的影響。石墨烯作為零禁帶材料，經(jīng)過一定的調(diào)制可以形成窄禁帶結(jié)構(gòu)，且禁帶寬度在一定條件下可調(diào)，故其制成的光探測器有很大的應用前景。
[0024]另外，本發(fā)明實施例的墨烯量子阱光探測器的其它構(gòu)成以及作用對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言都是已知的，為了減少冗余，不做贅述。
[0025]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”、“順時針”、“逆時針”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0026]此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。
[0027]在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通或兩個元件的相互作用關(guān)系。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
[0028]在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0029]在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必須針對的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特征進行結(jié)合和組合。
[0030]盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。
【主權(quán)項】
1.一種石墨烯量子阱光探測器，其特征在于，包括: 第一壓電層和第二壓電層，所述第一壓電層和所述第二壓電層均由壓電材料構(gòu)成； 量子阱層，所述量子阱層位于所述第一壓電層和所述第二壓電層之間，所述量子阱層包括兩個半導體子層和位于兩個半導體子層之間的石墨烯納米帶。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯量子阱光探測器，其特征在于，所述石墨烯納米帶通過將生長在襯底上的石墨烯材料轉(zhuǎn)移至所述半導體子層，并對所述石墨烯材料進行電子束光刻和干法刻蝕形成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯量子阱光探測器，其特征在于，所述壓電材料為壓電陶瓷、氮化鋁、氧化鋅或聚偏氟乙烯。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯量子阱光探測器，其特征在于，所述半導體子層的材料為氧化鋅或二硫化鉬。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種石墨烯量子阱光探測器，包括：第一壓電層和第二壓電層，所述第一壓電層和所述第二壓電層均由壓電材料構(gòu)成；量子阱層，所述量子阱層位于所述第一壓電層和所述第二壓電層之間，所述量子阱層包括兩個半導體子層和位于兩個半導體子層之間的石墨烯納米帶。本發(fā)明具有如下優(yōu)點：利用量子阱的最優(yōu)偏置電壓，使得量子阱中的最高能級與導帶邊界對準形成最大的輸出光電流，從而達到最大的探測靈敏度；利用壓電電勢，調(diào)節(jié)量子阱的偏置電壓，從而提高單個量子阱的量子效率。
【IPC分類】H01L31/0352, H01L31/09, H01L31/028
【公開號】CN105336808
【申請?zhí)枴緾N201510857640
【發(fā)明人】盧琪, 伍曉明, 張進宇, 吳華強, 錢鶴, 余志平
【申請人】清華大學
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2015年11月30日