一种基于微纳结构的紫外制造技术

本发明专利技术属于光电领域，具体为一种基于微纳结构的紫外

【技术实现步骤摘要】
一种基于微纳结构的紫外/红外双波段可调谐探测器
方法领域
[0001]本专利技术属于光通信
，具体涉及一种双波段可调谐探测的光电探测器
。
背景方法
[0002]多功能探测器可以提高探测器的性能，拓宽其应用范围
。
红外光探测器的一个应用是作用于军事中的导弹制导，而波长比其小很多的紫外探测器则在食品医疗器械方面有着广泛的应用
。
而将紫外和红外探测结合的双波段光电探测器在生物医学器械
、
成像系统等利用方面有着重要的作用
。
在基础科学研究和工业生产中，多波段光电探测器广泛应用于成像技术
,
光波通信
、
光学制导技术
、
环境监测等领域，可以在复杂的环境中升级光电探测的能力
。
通过对不同的材料的应用以及多种器件结构的设计，可以使探测器具有更多波段的探测功能，从而满足不同场景的应用需求
。
[0003]中红外波段是指波长为
2.5
μ
m
‑
25
μ
m
的电磁波
。
红外光电检测在军事中有着重要的应用，像战地夜视
、
空间监测等都有红外波段的参与；在工业领域需要用到红外探测技术对钢水的温度
、
电缆线温度等工业设备的监控；在日常生活中红外波段也有着十分重要的应用场景，如在医学中可用红外体温计
、
红外激光内窥镜治疗仪
、
红外脉搏心率检测等医疗设备对患者进行检查
。
[0004]紫外光是一种波长介于
10nm
‑
300nm
的电磁辐射
。
紫外探测器一般用宽禁带半导体实现
。
其在辐射源定标
、
火焰监测
、
卫星光通信和生物传感器等方面都有一定的应用，尤其是深紫外探测在军事监视和目标捕获中是必不可少的
。
其宽禁带的特点可以使紫外光电探测器拥有高探测率和快速响应的优点
。
[0005]二维材料是指电子仅可在两个维度的非纳米尺度
(1
‑
100nm)
上自由运动的材料
。
石墨烯是单层碳原子以蜂窝状结构排列的二维材料，其厚度仅为
0.33nm
，但可以吸收从可见光到太赫兹波段的所有光
。
但是，石墨烯对光的绝对吸收率不高，所有可以使用表面等离激元等方法实现石墨烯高吸收率和吸收选择性
。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提出一种基于两种二维材料微纳结构的双波段探测器，其在紫外区和中红外区都有较好的光响应，且通过调节其图形化结构和化学势使其吸收波段可调节
。
[0007]本专利技术提供了一种基于
β
‑
Ga2O3和石墨烯的双波段光电探测器，包括：
[0008]以二氧化硅
(SiO2)
为基底，以镧锶锰氧
(LSMO)
为底电极，利用磁控溅射的方法生长一层
β
‑
Ga2O3。
[0009]利用外延法生长一层
BFO
，其作用是使石墨烯材料的化学势可调
。BFO
为铁电材料，利用压电力显微镜
(PFM)
或水印法获得具有特定形状和大小的局域极化电畴
。
[0010]单层石墨烯层，转移至上述极化的铁电材料
BFO
之上
。
接着通过光刻和刻蚀的方式将石墨烯刻蚀成特定尺寸的类条带形状
。
[0011]更具体地，
β
‑
Ga2O3的厚度为
15nm
的薄膜
。
[0012]更具体地，上述石墨烯为单层石墨烯，且假设其载流子迁移率为
9000cm2V
‑1s
‑1。
[0013]更具体地，上述石墨烯条带的宽为
50nm
，长为
100nm
[0014]本专利技术的优点主要有：
[0015]1.
本专利技术证明了
β
‑
Ga2O3和石墨烯对于紫外区和红外区都可以进行探测，表现为此器件在这两个波段都有光响应
。
[0016]2.
本专利技术器件具有对吸收光可调控的特性，通过铁电材料改变石墨烯的化学势实现了对探测波段的可调节性
。
[0017]3.
本专利技术方法具有通用性，其结构适用于所有在紫外区有响应的薄膜材料和石墨烯条带，器件结构简单，易于实现
。
附图说明
[0018]图1为仿真器件的正视及俯视图
。
[0019]图2为在固定器件结构的条件下，仿真在紫外光波段器件的光响应
。
[0020]图3为在固定石墨烯化学势的条件下，器件光吸收波段和吸收率随石墨烯条带周期变化的曲线
。
[0021]图4为在固定石墨烯与间隙宽度分别为
1:1、1:2、2:1
的条件下，器件光吸收波段和吸收率随石墨烯化学势变化的曲线
。
[0022]图5为固定石墨烯条带和费米能级的条件下，入射波长改变时时器件上表面的电场分布图
。
[0023]具体实施方式
[0024]为了便于理解，下面结合附图对本专利技术作进一步的说明
。
显然，所描述的实例是本专利技术的一部分实例，而不是全部实例
。
基于本专利技术中的实例，本领域普通方法人员在没有做出创造性劳动的前提下获得的所有其他实例，都属于本专利技术的保护范围
。
[0025]图1为仿真器件的正视图以及俯视图
。
如图
1(a)
中所示，器件从上至下分别为石墨烯
、BFO、Ga2O3、SiO2。
在利用
FTDT
仿真的过程中，对石墨烯条带设置为
50nm
×
100nm
，每两个类条带形状间隔为
50nm。
在仿真中，主要改变通过软件设置石墨烯费米能级的值来体现铁电畴对石墨烯费米能级的调控
。
设置长宽边界为周期性边界条件，设置顶部和底部边界条件为完美匹配层
(PML)
，将吸收所有电磁波
。
[0026]图2为在固定石墨烯条带大小为
50nm
×
100nm
和费米能级为
0.64eV
的条件下，将入射光波长设置为
100nm
‑
500nm
的情况下，器件的消光光谱图
。
从图中可以看出器件在特定波长下吸收增强
。
[0027]图3为在石墨烯条带与间隙的比例为...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于微纳结构的紫外
/
红外双波段可调谐探测器，其特征在于：包括探测器的板块；所述的光电探测器板块包括基底
、
底电极
、
光吸收层和顶电极；其中所述基底：如在半导体硅
(Si)
上生长氧化硅
、
光吸收层：如二维薄膜材料
β
‑
Ga2O、
上层条带吸收材料石墨烯；所述石墨烯类条带结构置于二维薄膜材料之上，其两者都作为光吸收层；所述石墨烯为单层的石墨烯，作为二维材料的实例；所述顶电极为源极
、
漏极电极
。2.
按照权利要求1所述的一种基于微纳结构的紫外
/
红外双波段可调谐探测器，其特征在于：所述基底
、
底电极
、
吸光材料不仅限于实例中所述材料，所述
β
‑
Ga2O、
石墨烯是二维材料的两种种实例，不仅限于此
。3.
按照权利要求1所述的一种基于微纳结构的紫外
/
红外双波段可调谐探测器，其特征在于：所述案例中的的
β
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄文，廖悦莹，郭俊雄，龚天巡，何宇豪，汤俊，王毅，林媛，张晓升，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：