一种基于赝能隙体系的中长波红外光电探测器

本技术涉及新型材料光电探测器领域，具体涉及一种基于赝能隙体系的中长波红外光电探测器。

背景技术：

1、中红外波段光电探测器是红外成像、生物医疗和遥感等领域的核心部分。商业化的中红外波段光电探测器如ingaas、hgcdte、insb等，往往生长工艺严格，结构较为复杂，且为了降低暗电流，提高器件光响应度和比探测率，往往需要液氮制冷，工作成本较高。因此，寻找低成本，室温工作的高光响应度宽带红外光电探测材料是十分迫切的。

2、随着二维材料的兴起，其光电探测应用受到了人们广泛地关注。但具有窄带隙的普通半金属(如石墨烯)或半导体(如黑磷)具有较高的载流子浓度，中远红外波段吸收较弱，因此在中红外光探测中表现出较高的暗电流和较差的光响应度。因此，探索新颖的机制或材料实现高灵敏的中长波红外光电探测是十分必要的。

3、赝能隙体系一直以来在凝聚态物理学领域有着广泛地研究，尤其是与高超导转变温度材料体系的莫特-超导转变相关的物理。通常，当二维莫特绝缘体系统掺杂到“奇异金属”或一维强关联金属的边界时，这种赝能隙与强电子-电子的相互作用关联。由于这种体系内存在大量的态密度用于光激发，而暗态是半导体态，因此它们是实现从紫外到中长波红外波段同样高光响应度的候选材料。

技术实现思路

1、本实用新型提供了一种基于赝能隙体系的中长波红外光电探测器，为提高中长波红外的光电探测性能提供了一种新颖的方式，特别地是该探测器利用准一维赝能隙内高态密度的特点，在中长波红外波段实现了高光响应度，且器件工作温度为室温，探测波段可覆盖紫外至长波红外。

2、本发明的是通过以下技术方案来实现的：

3、本发明公开了一种基于赝能隙体系的中长波红外光电探测器，其包括自下而上堆叠的基底，位于基底上的具有赝能隙的材料层，具有赝能隙的材料层两端的上表面设有金属电极。

4、作为进一步地改进，本发明所述的基底为带有285nm厚的氧化层的硅基底。

5、作为进一步地改进，本发明所述的氧化层厚度为250-300nm。

6、作为进一步地改进，本发明所述的具有赝能隙的材料层为(tase4)2i或nbse3。

7、作为进一步地改进，本发明所述的具有赝能隙的材料层宽度为50nm–500nm，厚度为20nm–100nm。

8、作为进一步地改进，本发明金属电极均为两层金属，分别为从下到上的铬金属层和金金属层，所述的铬金属层与具有赝能隙结构的材料层接触。

9、作为进一步地改进，本发明所述的两个金属电极间之间的距离为1μm–10μm。

10、与现有器件相比，本实用新型具有以下有益效果：

11、1、本实用新型提出了基于赝能隙体系新颖的红外光电探测机制，由于赝能隙内高态密度的特点，在单个准一维赝能隙体系(tase4)2i纳米带原型器件中实现了室温超宽谱高性能的光电探测。特别是在赝能隙的材料层宽度为500nm，厚度为20nm，金属电极间之间的距离为2μm的条件下，中长波红外区域内(λ＝4.6μm-10.6μm)实现了高光响应度(从23.9a/w到8.31a/w)，优于大多数报道的基于低维材料的中长波红外光电探测器。

12、2、宽带透射光谱显示了(tase4)2i材料层在10μm以上的光吸收，表明其具有在远红外波段实现高光响应度的潜力，且该红外光电探测器无需制冷，室温即可使用。

技术特征：

1.一种基于赝能隙体系的中长波红外光电探测器，其特征在于，其包括自下而上堆叠的基底，位于基底上的具有赝能隙的材料层，所述的具有赝能隙的材料层两端的上表面设有金属电极。

2.如权利要求1所述的基于赝能隙体系的中长波红外光电探测器，其特征在于，所述基底为带有250-300nm厚的氧化层的硅基底。

3.如权利要求2所述的基于赝能隙体系的中长波红外光电探测器，其特征在于，所述的氧化层厚度为285nm。

4.如权利要求1或2或3所述的基于赝能隙体系的中长波红外光电探测器，其特征在于，所述具有赝能隙的材料层为(tase4)2i或nbse3。

5.根据权利要求4所述的基于赝能隙体系的中长波红外光电探测器，其特征在于，所述的具有赝能隙的材料层宽度为50nm–500nm，厚度为20nm–100nm。

6.如权利要求4所述的基于赝能隙体系的中长波红外光电探测器，其特征在于，所述的金属电极均为两层金属，分别为从下到上的铬金属层和金金属层，所述的铬金属层与具有赝能隙结构的材料层接触。

7.如权利要求1或2或3或5或6所述的基于赝能隙体系的中长波红外光电探测器，其特征在于，所述的两个金属电极间之间的距离为1μm–10μm。

技术总结本技术提供了一种基于赝能隙体系的中长波红外光电探测器，其包括自下而上堆叠的基底，具有赝能隙能带结构的材料，两端口金属电极。特别地是该探测器利用准一维赝能隙内高态密度的特征，在中长波红外波段实现了高光响应度，且器件工作温度为室温，探测波段可覆盖紫外至长波红外，在激光雷达、生物医疗和遥感等实际应用中具有巨大潜力。技术研发人员：李林军,李佳林,朱焕锋,王攀受保护的技术使用者：浙江大学嘉兴研究院技术研发日：20230918技术公布日：2024/7/25