一种二维材料光波导集成的光探测器及其制备方法

本发明涉及光探测器，特别是涉及一种二维材料光波导集成的光探测器及其制备方法。

背景技术：

1、光子集成电路因其工作带宽宽、运行速度快、功率效率高，在高速光处理、光计算、光通信等领域带来革命性的变化。光波导器件依靠高折射率介质形成核心层，实现有效的光限制，是光子电路的核心部分。目前商用的光波导材料，如绝缘体上的硅和氮化硅，存在光学损耗大、工艺兼容性差、工作带宽窄和柔性差等缺陷。二维材料由于表面光滑、光与物质相互作用强、柔性好、可以与当前的cmos平台集成，选用高折射率的二维材料可以实现低损耗、宽波段、高性能光传输。二维材料传输的光同时也可以作为光探测器的输入信号，即无需要引入其它的复杂工艺就可以实现光传输和光探测的双重效果，拓宽了传输波段，缩小器件尺寸，因此制备一种二维材料波导集成的光探测器具有重要的研究意义和应用价值。

技术实现思路

1、为了实现上述目的，本发明提供一种二维材料光波导集成的光探测器及其制备方法，该光探测器选用折射率高的二维材料代替传统的硅材料进行光传输，可以减小工艺复杂程度，缩小器件尺寸，实现低损耗、宽带光信号探测，并可满足柔性、弯曲应用场景下的应用需求。

2、本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

3、一种二维材料光波导集成的光探测器，包括：

4、衬底；

5、在衬底上生长或者机械剥离的第一二维材料层；

6、在第一二维材料层上定向转移的第二二维材料层，第二二维材料层与第一二维材料层之间形成异质结，并且第二二维材料层上除异质结之外的其余部分均与衬底接触；

7、还包括一对金属电极，金属电极分别位于第一二维材料层和第二二维材料层上，或者分别位于第二二维材料层的两端。

8、本发明还提出一种用于制备上述光探测器的方法，包括以下步骤：

9、步骤1：准备衬底，并对衬底进行超声清洗；

10、步骤2：采用机械剥离的方法在衬底上制备第一二维材料层；

11、步骤3：利用pdms找到少层的第二二维材料层，采取定向转移的方法在第一二维材料层上转移该第二二维材料层，第二二维材料层与第一二维材料层之间形成异质结，并且第二二维材料层上除异质结之外的其余部分均与衬底接触；

12、步骤4：利用电子束蒸发分别在第一二维材料层和第二二维材料层上蒸镀金属电极，或者利用电子束蒸发分别在第二二维材料层的两端蒸镀金属电极。

13、本发明的有益效果是：

14、(1)本发明中的光探测器采用高折射率二维材料(比如ptse2、ta2nis5等)作为波导材料，打破传统的硅波导传输带宽窄的限制，可传输宽波段范围内的光，实现宽带光信号探测；

15、(2)本发明中的光探测器不仅可以实现快速、宽带光信号探测，而且具有小尺寸、高集成度的特点，有望应用于集成化的宽带光传输系统；

16、(3)高折射率二维材料既可作为光传输材料还可以作为光电探测材料，无需引入其它结构，简化器件结构，减小了工艺复杂程度，缩小了器件尺寸，可以实现低损耗的光信号探测。

技术特征：

1.一种二维材料光波导集成的光探测器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种二维材料光波导集成的光探测器，其特征在于，所述第一二维材料层(2)的材料为ta2nis5或者ptse2，所述第二二维材料层(3)的材料为mos2。

3.根据权利要求1所述的一种二维材料光波导集成的光探测器，其特征在于，所述衬底(1)为sio2/si衬底或者柔性衬底。

4.根据权利要求1所述的一种二维材料光波导集成的光探测器，其特征在于，所述金属电极(4)采用ti/au结构电极。

5.一种用于制备如权利要求1至4任意一项所述的光探测器的方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述第一二维材料层(2)的材料为ta2nis5或者ptse2，所述第二二维材料层(3)的材料为mos2。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述衬底(1)为sio2/si衬底或者柔性衬底。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述金属电极(4)采用ti/au结构电极。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤1至步骤4的具体内容为：

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤1至步骤4的具体内容为：

技术总结本发明涉及一种二维材料光波导集成的光探测器及其制备方法，涉及光探测器技术领域，具体包括：衬底；在衬底上生长或者机械剥离的第一二维材料层；在第一二维材料层上定向转移的第二二维材料层；还包括一对金属电极，金属电极分别位于第一二维材料层和第二二维材料层上，或者分别位于第二二维材料层的两端。本发明的光探测器不仅可以实现快速、宽带光信号探测，而且具有小尺寸、高集成度的特点，有望应用于集成化的宽带光传输系统。技术研发人员：李绍娟,冯言泽,刘明秀,张亚男,谭帆,石亚茹,车梦琦受保护的技术使用者：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/9/12