基于二维层转材料p-i-n异质结光电子器件的利记博彩app
【技术领域】
[0001 ]本发明是关于二维层转材料p-1-n异质结光电子技术，特别是关于一种基于p-1-n异质结光雪崩单光子探测。
【背景技术】
[0002]微弱光电子探测器在光通信和宇宙研究及军事等方面都有重要的应用。作为一种高灵敏的光探测器，它能将光信号转变成电学信号，进而用来探测物体的位置形状。但是，应用最为广泛的单光子探测器多数是使用超导整列需要在低温环境下工作。尤其是高灵敏弱光探测器在宇宙学研究和航天航空领域里着广阔的应用需求，以及高端武器平台上的导弹制导、量子通讯等，是国内外重点关注与投入的研究的重中之重，对发展尖端前沿科学技术、加强国防核心力量的建设具有举足轻重的意义。同时，高灵敏单光子探测技术在工业、农业、医学、交通等各个行业和部门也有广大应用需求，如电力在线检测、矿产资源勘探、地下矿井测温和测气、地貌或环境监测、农作物或环保监测、气象预报等，使得弱光探测技术发展成为军民两用技术。随着对光探测器性能要求的不断提高，传统的探测器已不足以应对。在这种背景下，二维层状材料的出现，给光探测器领域带了新的曙光。以硫化钼为例，这种新兴的二维碳原子薄膜，表现出了强光与物质相作用，光吸收很强。又因为其优异的半导体电学特性和方便的微加工技术，基于二维薄膜材料异质结光探测器展现着巨大的潜力。
[0003]光伏型探测器是理想的光电探测器，光伏型器件是由于不同掺杂类型的半导体接触形成p-n结，或者是金属跟半导体接触形成肖托基势皇。光电响应的机理是内建电场对光生电子空穴对的分离。然而在二维薄膜材料中实现原子层厚度的p-n结内建电场区几乎是原子尺度。同时，半导体材料有具有比较大的带隙。对光吸收有截止波段比较短，传统的硅探测器波段集中在可见波段和近红外波段。而另外一些铟镓砷等红外探测器探测波段比较长，缺点是需要低温才能正常工作。这些探测器都有明显的局限性和缺点。
【发明内容】
[0004]本发明目的是，提供一种基于层状材料异质结的光电子器件，以减小探测器的体积，并实现室温、高灵敏雪崩单光子探测。
[0005]为了实现上述目的，本发明技术方案是，一种基于层状材料p-1-n异质结的雪崩探测器，所述的雪崩探测器包括在基底上设有自下到上的结构:
[0006]衬底绝缘层，所述绝缘层包括二氧化硅、PMMA等柔性绝缘衬底；
[0007]p-1-n异质结，所述p-1-n异质结包括p-型半导体二维薄膜材料(薄膜层)，所述p-型半导体二维薄膜材料即薄膜层5叠放在一个包括确定层数的氮化硼3带隙较大本征半导体或绝缘层下，η-型半导体二维薄膜材料薄膜4叠放在上述氮化硼4上，整个异质结器件层置于所述绝缘层上，氮化硼将两半导体二维薄膜材料层分开；
[0008]金属电极层，包括源电极层8及漏电极层6，所述源漏电极层分别设置在覆盖η型二维层状薄膜材料和P型二维层状薄膜材料半导体层接触，并覆盖在所述η与P 二维层状薄膜材料薄膜层的各一端上；
[0009 ]顶栅绝缘层2，所述顶栅绝缘层包括二氧化硅、三氧化二铝、二氧化铪、ITO等；
[0010]顶栅金属电极层7在所述顶栅绝缘层上。
[0011]在一实施例中，所述半导体二维薄膜材料薄膜层为过渡金属硫族化合物、黑鳞等。
[0012]在一实施例中，所述绝缘层为二氧化硅层、PMMA层或锗片。
[0013]在一实施例中，所述中间层为带隙较大的本质层状半导体或绝缘体。
[0014]在一实施例中，所述绝缘层的厚度为300纳米。
[0015]在一实施例中，所述顶栅绝缘层为10纳米二氧化铪。
[0016]在一实施例中，所述源电极层由5nm厚的钯及50nm厚的金组成。
[0017]在一实施例中，所述漏电极层由5nm厚的钛及50nm厚的金组成。
[0018]在一实施例中，所述顶栅电极层由5nm厚的钛及50nm厚的金组成。
[0019]为了实现上述目的，本发明实施例需提供一种雪崩光电流测量系统。
[0020]所述的异质结光电探测器包括:
[0021]绝缘层，所述绝缘层为300纳米二氧化硅；
[0022]衬底绝缘层，所述绝缘层包括二氧化硅、PMMA等柔性绝缘衬底；
[0023 ]顶栅绝缘层，所述顶栅绝缘层包括二氧化硅、三氧化二铝、二氧化铪、ITO等；
[0024]p-型二维薄膜材料薄膜层，所述p-型二维薄膜材料薄膜层叠放在一个确定层数的氮化硼上，η-型二维薄膜材料薄膜叠放在上述氮化硼下，整个异质结器件层置于所述绝缘层上，石墨烯将两半导体层分开；
[0025]金属电极层，包括源电极层及漏电极层，所述源漏电极层分别设置在P-型二维薄膜材料和η-型二维薄膜材料半导体层上，并覆盖在所述二维薄膜材料薄膜层的一端上;所述顶栅金属电极层设置所述顶栅绝缘层上。在一实施例中，所述的异质结探测器感器还包括:基底，设置在所述绝缘层下面。
[0026]雪崩倍增光电流测试过程中，所述探测器暗示内，器件通加上高向偏置电压，使i层中光生载流子受到强电场的加速作用获得足够高的动能，它们与晶格碰撞电离产生新的电子一空穴对，这些载流子又不断引起新的碰撞电离，造成载流子的雪崩倍增，得到电流增益。当反偏置电压在雪崩点附近时候，很少的光子入射会长生很高的增益。从而可以实现极微弱甚至单光子探测。
[0027]本发明的异质结探测器不同于传统的探测器。首先，本发明的探测器以二维薄膜材料层作为光敏元件，不同于传统光探测元件，该异质结探测器可以做的非常小。其次，二维薄膜材料异质结中的氮化硼中间层的能够大幅度降低暗电流。从而实现高信噪比高探测率。雪崩点在高的反向偏置电压下，暗电流非常低，少量的光子或获得很高的雪崩增益。同时最重要的是探测器探测红外波段能够在室温工作。
【附图说明】
[0028]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]图1为本发明实施例一的基于层状材料的p-1-n光电探测器的器件结构图；
[0030]图2为本发明实施例一的基于层状材料的p-1-n光电探测器的弱光探测图。
【具体实施方式】
[0031]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。源电极层和漏电极层分别设置在所述两种半导体层上；顶栅电极设置在顶栅介电层上。
[0032]本p-1-n异质结器件包含背栅极和顶栅结构，背栅极用于调节底层半导体载流子浓度;顶栅电极用来调节顶层半导体材料的载流子浓度。本发明P-1-n异质结光电探测器和相关的场效应电子器件能构成原子级厚度的P-1-n结，与传统光探测器相比，暗电流更小、体积更小，具有很高的比探测效率，通过雪崩效应为实现极弱光甚至单光子探测提供了器件基础。
[0033]如图1所示，本发明实施例提供了一种基于层状材料异质结的p-1-n光电探测器，所述的异质结的光电探测器包括:绝缘层1、2，金属电极层6、7、8及二维薄膜材料薄膜层3、
4、5和基底层9。
[0034]绝缘层I上放置3、4、5堆叠的异质结。源电极8和漏电极6分别设置在η-型二维薄膜材料薄膜层4和P-型二维薄膜材料薄膜层5上，高介电绝缘层2覆盖上述的异质结。顶栅电极7做在介电层2覆盖的异质结上。
[0035]在一实施例中，源电极层由5nm厚的钛及50nm厚的金组成，漏极层由5nm厚的钯及50nm厚的金组成。
[0036]p-1-n异质结探测器还包括:基底9，该基底9设置在绝缘层I下面，基底9可以为硅等绝缘性材料，本发明仅以硅为例进行说明。
[0037]二维薄膜材料薄膜异质结层3、4、5为本发明的异质结p-1-n探测器的核心部分通过中间层氮化硼可以降低暗电流和增加本证区的宽度。当器件处在高反向偏置雪崩点附近时候，极弱的光子入射