一种极化场调控的正负光响应探测器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种光响应探测器，具体涉及一种极化场调控的正负光响应探测器，由衬底、栅电极、铁电层、低维半导体和源漏电极；栅电极设有一对，间隔固定设置于衬底上；铁电层固定设置于衬底上并完全包覆栅电极；低维半导体固定设置于铁电层上；源漏电极包括一源电极和一漏电极，分离设置于低维半导体两侧并固定设置于铁电层上。与现有技术相比，本实用新型专利技术基于PN内建电场工作的光电探测器具有高速高灵敏的特性；在脉冲电压调制下响应率由正到负连续线性可调。连续线性可调。连续线性可调。

【技术实现步骤摘要】
一种极化场调控的正负光响应探测器


[0001]本技术涉及一种光响应探测器，具体涉及一种极化场调控的正负光响应探测器。

技术介绍

[0002]人类可以凭借强大的智能视觉系统，在低能耗的条件下清晰有效地同步探测和处理周围环境信息。因此，基于新器件来构建一种高效的智能视觉系统是人类梦寐以求的目标。尽管人们在模拟人脑的视觉皮层以实现“看”的功能方面付出了巨大的努力，传统视觉处理系统中物理上分离的传感、内存和处理单元导致了大量的能量耗费、时间延迟和额外的硬件成本。特别是随着物联网的高速发展和日益增加的图像分辨率需求带来视觉信息的爆炸式增长，带宽限制将进一步限制信息内容在传感与计算核之间的传送效率，这是智能工业、自动驾驶和智能安防等需要进行实时处理和决策制定的应用领域中亟待解决的挑战。
[0003]为了模拟大脑对信息的高效处理，当前的人工视觉传感装置仍然还需要进一步整合智能感知能力，以实现融合感存算的类脑智能视觉。这就要求终端传感器件要同时具备人眼视网膜的诸多仿生功能。人眼视网膜中的细胞主要是感光细胞和双极细胞。感光细胞将入射光转换为电学信号，流经双极细胞，通过双极细胞的生物特性对电学信息进行预处理后，图像信息仅保留其主要特征，再传输至大脑皮层进行进一步的图像处理和理解。得益于先进加工技术和能带结构的多场调控效应，诸多的光电器件被报道可以同时模拟感光细胞的光电转换和后续突触权重调节的仿生功能，并实现感存算一体的图像处理。然而，尽管在提升效率和处理动态相关任务中发挥极其重要的作用，视网膜中双极细胞功能很少在仿生器件中实现。这是因为双极细胞通过其树突上的不同谷氨酸受体把感光细胞传递过来的电学信号分流为开和关信号。这个开和关信号对应于仿生视觉器件中正光电响应和负光电响应，而在同一个光电器件中同时实现可编程的正光电信号和负光电信号是有挑战的。
[0004]专利CN112542515A公开了一种光电调控神经突触晶体管，所述晶体管由下至上依次包括衬底、背栅电极、铁电薄膜、沟道层和光增透层，所述光增透层两端分别设置有源电极和漏电极，其中，所述沟道层的材料包括一层或多层低维材料，并且至少有一层低维材料与所述源漏电极接触，其中，所述低维材料为二维材料或一维材料；所述铁电薄膜具有铁电极化效应，且极化翻转特性受所述背栅电极调控。从功能上而言，该专利仅公开了一种神经突触器件，负责改变前后神经元的连接强度；从器件性能上来看，该专利所展示的器件只有正的器件响应，综上，该专利所提出的器件无法满足双极细胞的模拟。

技术实现思路

[0005]本技术的目的就是为了解决上述问题至少其一而提供一种极化场调控的正负光响应探测器，实现了在同一个光电器件中同时实现可编程的正光电信号和负光电信号。
[0006]本技术的目的通过以下技术方案实现：
[0007]一种极化场调控的正负光响应探测器，由衬底、栅电极、铁电层、低维半导体和源漏电极；
[0008]所述的栅电极设有一对，间隔固定设置于衬底上；
[0009]所述的铁电层固定设置于衬底上并完全包覆栅电极；
[0010]所述的低维半导体固定设置于铁电层上；
[0011]所述的源漏电极包括一源电极和一漏电极，分离设置于低维半导体两侧并固定设置于铁电层上。
[0012]优选地，所述的衬底为绝缘衬底。
[0013]优选地，所述的衬底为Si/SiO2或蓝宝石衬底。
[0014]优选地，所述的栅电极为Cr/Au底栅电极，所述的Cr/Au底栅电极中，Cr厚度为10nm，Au厚度为10nm，两栅电极之间间隔距离为1μm。
[0015]优选地，所述的铁电层为P(VDF
‑
TrFE)铁电材料。铁电层的厚度只需要使其能具有铁电性即可，比如可以设置铁电层厚度为300nm。
[0016]优选地，所述的低维半导体对准栅电极设置。
[0017]优选地，所述的低维半导体为双极性二维或者一维半导体，如WSe2，MoTe2。
[0018]优选地，所述的源漏电极为Cr/Au源漏电极，所述的Cr/Au源漏电极中，Cr 厚度为15nm，Au厚度为45nm，沟道宽度为10μm。
[0019]在本方案中，基于裂栅器件结构，我们利用极化电场调控低维半导体能带结构，构建了高速高灵敏的PN结和NP结型光电探测器，其中PN结光照下产生负光电流，NP结光照下产生正光电流，通过对裂栅电极施加脉冲电压使光电流从正到负连续线性可调，在同一个光电器件中同时实现可编程的正光电信号和负光电信号。
[0020]本技术的工作原理为：
[0021]器件未极化时对光没有响应。通过对栅电极施加脉冲电压可以极化铁电材料，左/右栅电极分别施加正/负(负/正)脉冲电压时，极化材料左右分别极化向上/下 (下/上)，对应的器件状态为NP(PN)结，进一步加大电场强度，响应变强。
[0022]通过施加脉冲电压实现PN和NP结的连续调控，其调节关系为电压脉冲
→
铁电场
→
PN结能带结构
→
器件光电流。即可以通过在栅电极上施加脉冲电压实现相同光照条件下器件光电流正负之间的连续可调。
[0023]与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：
[0024](1)基于PN内建电场工作的光电探测器具有高速高灵敏的特性，进而其可以在提升效率和处理动态相关任务中发挥重要作用，为实现智能视觉系统的感存算一体的图像处理提供基础。
[0025](2)本器件光响应电流在脉冲电压调制下响应率由正到负连续线性可调，且器件可以实现多个周期循环，使其可以在智能视觉系统中同时实现可编程的正光电信号和负光电信号。
[0026](3)本器件在同一响应状态下对不同光强的入射光呈线性响应，为灰度图像处理提供前提条件。
[0027](4)工作时器件既不需要偏压也不需要栅压，实现自驱动。
[0028](5)本器件在形成阵列后能够实现感存算一体的功能，能够涵盖突触和神经元的作用；进一步，本器件还具有正负光相响应(权值)的功能，对于实现仿生人工视觉神经系统意义重大。
附图说明
[0029]图1(a)、图1(b)、图1(c)和图1(d)依次为实施例1的探测器的制备过程中步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)和步骤(4)的示意图；
[0030]图2(a)为实施例1的探测器在未极化时的工作原理示意图；图2(b)和图2(c)为实施例1的探测器极化后的工作原理示意图；图2(d)为基于图2(b) 进一步加大铁电场强度后的工作原理示意图；
[0031]图3(a)为电压脉冲调制下器件光电流的变化；图3(b)为多个循环下器件光电流的变化；
[0032]图4为实施例1的探测器同一光照条件不同极化状态时器件的电流随时间的变化图；
[0033]图5为实施例1的探测器在不同极化状态下光电流对光功率的响应关系图；
[0034]图6(a)、图6(b)、图6(c)和图6(d)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种极化场调控的正负光响应探测器，其特征在于，由衬底(1)、栅电极(2)、铁电层(3)、低维半导体(4)和源漏电极(5)；所述的栅电极(2)设有一对，间隔固定设置于衬底(1)上；所述的铁电层(3)固定设置于衬底(1)上并完全包覆栅电极(2)；所述的低维半导体(4)固定设置于铁电层(3)上；所述的源漏电极(5)包括一源电极(51)和一漏电极(52)，分离设置于低维半导体(4)两侧并固定设置于铁电层(3)上。2.根据权利要求1所述的一种极化场调控的正负光响应探测器，其特征在于，所述的衬底(1)为绝缘衬底。3.根据权利要求1所述的一种极化场调控的正负光响应探测器，其特征在于，所述的栅电极(2)为Cr/Au底栅电极。4.根据权利要求3所述的一种极化场调控的正负光响应探测器，其特征在于，所述的Cr/Au底栅电极中，Cr厚度为10nm，Au厚度为10...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建禄，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：新型
国别省市：