双向光响应器件及使用方法

本发明涉及光电器件，尤其涉及一种双向光响应器件及使用方法。

背景技术：

1、在现代光电子学领域，半导体p-n结被广泛应用于半导体电子学、光电子学领域。例如，双向光响应器件可以通过对p-n结的极性进行双向切换，使其光电流在不同方向之间切换，进而实现双向光响应。双向光响应器件在光电神经形态的正、负电导权重更新中起着重要作用，能够减小人工神经网络中硬件的数量。

2、相关技术中，在对p-n结的极性进行双向切换时，通常利用双栅技术，例如双栅静电调制或双栅铁电调制来切换p-n结的极性。但是，利用双栅技术切换p-n结的极性，进而实现双向光响应，存在难度大，制作成本高的问题。

3、因此，如何简便且低成本的实现双向光响应，是目前亟待解决的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种双向光响应器件及使用方法，可以简便且低成本的实现双向光响应。

2、本发明提供一种双向光响应器件，包括：衬底、铁电材料层、介电材料层、双极性半导体材料层、第一电极及第二电极；

3、所述铁电材料层与所述衬底相接触；

4、所述介电材料层的第一部分与所述衬底相接触，所述介电材料层的第二部分覆盖在所述铁电材料层上；

5、所述双极性半导体材料层的第一区域与所述第一部分相接触，所述双极性半导体材料层的第二区域与所述第二部分相接触；

6、所述第一电极与所述第一区域接触，所述第二电极与所述第二区域接触；

7、其中，所述第一区域与所述第一部分构成缺陷捕获区域，所述第二区域与所述铁电材料层构成铁电调制区域；

8、在对所述双向光响应器件施加单次栅压脉冲的情况下，所述缺陷捕获区域用于基于所述栅压脉冲的脉冲方向，对所述第一区域产生第一极性掺杂；所述铁电调制区域用于基于所述脉冲方向，对所述第二区域产生第二极性掺杂；所述第一极性与所述第二极性相反。

9、可选地，在所述脉冲方向为正向栅压脉冲的情况下，所述缺陷捕获区域，进一步用于：

10、对所述第一区域产生第一极性掺杂，所述第一极性为p型；

11、所述铁电调制区域，进一步用于：

12、对所述第二区域产生第二极性掺杂，所述第二极性为n型；

13、所述双极性半导体材料层的所述第一区域为p型区域，所述第二区域为n型区域。

14、可选地，在所述脉冲方向为负向栅压脉冲的情况下，所述缺陷捕获区域，进一步用于：

15、对所述第一区域产生第一极性掺杂，所述第一极性为n型；

16、所述铁电调制区域，进一步用于：

17、对所述第二区域产生第二极性掺杂，所述第二极性为p型；

18、所述双极性半导体材料层的所述第一区域为n型区域，所述第二区域为p型区域。

19、可选地，所述双极性半导体材料层为同质结。

20、可选地，所述衬底的材料为二氧化硅sio2，所述铁电材料层的材料为硫化铜铟二磷六硫cuinp2s6，所述介电材料层的材料为六方氮化硼h-bn，所述双极性半导体材料层的材料为二硒化钨wse2。

21、可选地，所述第一电极、所述第二电极与所述双极性半导体材料层之间形成欧姆接触。

22、可选地，所述第一电极及所述第二电极的材料为金au。

23、本发明还提供一种双向光响应器件的使用方法，包括：

24、向所述双向光响应器件施加单次栅压脉冲；

25、其中，所述栅压脉冲用于驱动缺陷捕获区域基于所述单次栅压脉冲的脉冲方向，对第一区域产生第一极性掺杂；驱动铁电调制区域基于所述脉冲方向，对所述第二区域产生第二极性掺杂；所述第一极性与所述第二极性相反。

26、可选地，所述向所述双向光响应器件施加单次栅压脉冲，包括：

27、向所述双向光响应器件施加单次正向栅压脉冲；

28、其中，所述正向栅压脉冲用于驱动所述缺陷捕获区域基于所述单次正向栅压脉冲，对第一区域产生第一极性掺杂，所述第一极性为p型；

29、驱动所述铁电调制区域基于所述单次正向栅压脉冲，对所述第二区域产生第二极性掺杂，所述第二极性为n型；

30、所述双极性半导体材料层的第一区域为p型区域，第二区域为n型区域。

31、可选地，所述向所述双向光响应器件施加单次栅压脉冲，包括：

32、向所述双向光响应器件施加单次负向栅压脉冲；

33、其中，所述负向栅压脉冲用于驱动所述缺陷捕获区域基于所述单次负向栅压脉冲，对第一区域产生第一极性掺杂，所述第一极性为n型；

34、驱动所述铁电调制区域基于所述单次负向栅压脉冲，对所述第二区域产生第二极性掺杂，所述第二极性为p型；

35、所述双极性半导体材料层的第一区域为n型区域，第二区域为p型区域。

36、本发明提供的双向光响应器件及使用方法，其中，双向光响应器件包括：衬底、铁电材料层、介电材料层、双极性半导体材料层、第一电极及第二电极；铁电材料层与衬底相接触；介电材料层的第一部分与衬底相接触，介电材料层的第二部分覆盖在铁电材料层上；双极性半导体材料层的第一区域与第一部分相接触，双极性半导体材料层的第二区域与第二部分相接触；第一电极与第一区域接触，第二电极与第二区域接触；在上述双向光响应器件中，在对双向光响应器件施加单次栅压脉冲的情况下，双极性半导体材料层中的电荷会穿过介电材料层被缺陷捕获，从而使缺陷捕获区域对第一区域产生第一极性掺杂；同时，铁电调制区域在单次栅压脉冲后会产生非易失性的剩余极化场，剩余极化场对第二区域产生第二极性掺杂，并且第一极性与第二极性相反；因此，通过上述双向光响应器件，利用缺陷捕获区域和铁电调制区域在双极性半导体材料层的相反调制机制，使该双向光响应器件仅通过被施加单次栅压脉冲即可实现对双极性半导体材料层的极性进行双向切换，即，该双向光响应器件可以“一键式”实现对半导体材料层的极性进行双向切换，因此可以简便且低成本的实现双向光响应。

技术特征：

1.一种双向光响应器件，其特征在于，包括：衬底、铁电材料层、介电材料层、双极性半导体材料层、第一电极及第二电极；

2.根据权利要求1所述的双向光响应器件，其特征在于，在所述脉冲方向为正向栅压脉冲的情况下，所述缺陷捕获区域，进一步用于：

3.根据权利要求1所述的双向光响应器件，其特征在于，在所述脉冲方向为负向栅压脉冲的情况下，所述缺陷捕获区域，进一步用于：

4.根据权利要求1至3中任一项所述的双向光响应器件，其特征在于，所述双极性半导体材料层为同质结。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的双向光响应器件，其特征在于，所述衬底的材料为二氧化硅sio2，所述铁电材料层的材料为硫化铜铟二磷六硫cuinp2s6，所述介电材料层的材料为六方氮化硼h-bn，所述双极性半导体材料层的材料为二硒化钨wse2。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的双向光响应器件，其特征在于，所述第一电极、所述第二电极与所述双极性半导体材料层之间形成欧姆接触。

7.根据权利要求6所述的双向光响应器件，其特征在于，所述第一电极及所述第二电极的材料为金au。

8.一种如权利要求1至7中任一项所述的双向光响应器件的使用方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，所述向所述双向光响应器件施加单次栅压脉冲，包括：

10.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，所述向所述双向光响应器件施加单次栅压脉冲，包括：

技术总结本发明提供一种双向光响应器件及使用方法，双向光响应器件包括：衬底、铁电材料层、介电材料层、双极性半导体材料层、第一电极及第二电极；铁电材料层与衬底相接触；介电材料层的第一部分与衬底相接触，介电材料层的第二部分覆盖在铁电材料层上；双极性半导体材料层的第一区域与第一部分相接触，双极性半导体材料层的第二区域与第二部分相接触；第一电极与第一区域接触，第二电极与第二区域接触；在上述器件中，利用缺陷捕获区域和铁电调制区域在双极性半导体材料层的相反调制机制，使该双向光响应器件仅通过被施加单次栅压脉冲即可实现对双极性半导体材料层的极性进行双向切换，因此可以简便且低成本的实现双向光响应。技术研发人员：夏从新,李洪志,蒋玉荣,宋孝辉,于雷鸣,张随财受保护的技术使用者：河南师范大学技术研发日：技术公布日：2024/10/10