基于二維半導體的紅外探測器

1、紅外探測器：紅外探測器： 任何溫度高于絕對零度的物體都會產(chǎn)生紅外輻射，如何檢測它的存在，測定他的強弱并將其轉(zhuǎn)化為其他形式的能量以便應(yīng)用，就是紅外探測器的任務(wù)。紅外探測器的構(gòu)成：紅外探測器的構(gòu)成： 紅外敏感元件，紅外輻射入射窗口，外殼，電極引出線以及按需要加的光闌，冷屏，場鏡，光錐，浸沒透鏡和濾光片等。 為滿足低溫工作需求，有的紅外探測器還包括杜瓦瓶和前置放大器。紅外探測器分類：紅外探測器分類：紅外探測器熱探測器光子探測器熱敏電阻熱電偶熱釋電探測器光電導探測器光伏探測器光發(fā)射肖特基勢壘探測器量子阱探測器光子探測器光子探測器 光電導探測器：根據(jù)光電導效應(yīng)制成，當光入射到半導體材料后，能改變其導電性

2、能，隨著光強增加，導電性能增強。 光伏探測器：主要利用p-n結(jié)的光生伏特效應(yīng)。能量大于禁帶寬度的紅外光子在結(jié)區(qū)及其附近激發(fā)電子空穴對。存在的結(jié)電場使空穴進入p區(qū)，電子進入n區(qū)，兩部分出現(xiàn)電位差，外電路就有電壓或電流信號。無光照時電阻很大，電流很小；有光照時，電阻變小，電流變大，而且流過它的光電流隨照度變化而變化。類似光電導器件。光發(fā)射光發(fā)射-Schottky勢壘探測器勢壘探測器 金屬和半導體接觸，形成Schottky勢壘，紅外光子透過Si層被PtSi吸收，使電子獲得能量躍遷至費米能級，留下空穴越過勢壘進入Si襯底，PtSi層的電子被收集，完成紅外探測。舉個例子：雙面肖特基勢壘型 GaAs粒子探

3、測器實質(zhì)為金屬 -半導體-金屬 ( M-S-M)結(jié)構(gòu)光照特性輻照特性量子阱探測器（量子阱探測器（QWIP） 將兩種半導體材料用人工方法薄層交替生長形成超晶格，在其界面有能帶突變，使得電子和空穴被限制在低勢能阱內(nèi)，從而能量量子化形成量子阱。 其探測機理是利用半導體材料的子帶躍遷，實現(xiàn)紅外光的吸收，量子阱導帶內(nèi)基態(tài)電子(或空穴)對紅外輻射作用下，向高能帶躍遷，并在外電場作用下作定向運動，從而形成與入射光強成正比的光電流。 量子阱的材料結(jié)構(gòu)用常規(guī)材料工藝將部件做成臺面結(jié)構(gòu)，各臺面用隔離槽和臺面槽分離。研究進展：近年來，二維半導體材料在光電探測領(lǐng)域的研究受到高度關(guān)注?；趫鲂?yīng)管結(jié)構(gòu)，利用外置柵壓耗盡

4、二維半導體溝道的載流子，是該類光電器件實現(xiàn)高靈敏探測主要途徑。 黒磷結(jié)構(gòu)：通過機械剝離，液相剝離，脈沖激光沉積可以獲得二維材料黒磷烯。黒磷擁有能隙，更容易進行光探測，而且它的能隙可以通過在硅基板上堆疊的黒磷層數(shù)進行調(diào)節(jié)，使其能吸收可見光范圍以及通訊用紅外線范圍的波長，還因為黒磷是直接能隙半導體，能將電子信號轉(zhuǎn)成光信號。電子在黒磷晶體管中移動時，只會在兩個緯度移動，表面二維黒磷能替換硅制作性能更好的晶體管，提升芯片性能。黒磷烯晶體管還同時涉及電子和空穴兩種載流子的移動，具有雙極性，在光電探測領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。 高性能光電探測器僅用幾層黒磷（紅色部分）就能感測波導（綠色部分）中的光；也可以用石墨烯（灰色部分）來進一步調(diào)節(jié)性能。幾種典型的紅外探