CN110289325A - 一种基于手性金属吸收的热电子的光电探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光电探测技术领域，具体涉及一种基于手性金属吸收的热电子光电探测器，该光电探测为多层结构，由下而上依次为衬底层、下金属层、中间半导体层、上金属层；其中下金属层和上金属层通过导线连接。本发明的基于手性金属吸收的热电子光电探测器，利用左手性孔结构和右手性孔结构引起的不同的肖特基势垒，从而造成的不对称吸收来增强上下金属层的净吸收率，最终来增强探测器对入射光的吸收，方便入射光的检测。此外通过在上金属层右手性孔结构里填充二氧化钒，改变探测器所处环境温度，可实现对探测波长的调控。结构简单，易于制备，具有很好的应用前景，为探测器的研究提供了一种新的思路。
Description
技术领域
本发明属于光电探测技术领域，具体涉及一种基于手性金属吸收的热电子光电探测器。
背景技术
手性是指其自身不能与镜像完全重合的性质，其中手性物质与其镜像分别具有左手性和右手性，互称为手性对应体。自然界中很多物质的结构都具有手性，如蛋白质，DNA等。手性对生命的意义尤为重要，所以探测物质的手性成为众多科研工作者研究的热点。通常利用圆二色性（Circular Dichroism， CD）来探测物质或结构的手性，CD可以定义为手性介质对于不同的圆偏振光的吸收率不同，其差值即为圆二色性。
由于集成技术的发展，光电探测器的研究具有越来越重要的意义。尤其是具有高响应速度的光电探测器具有很高发研究价值。然而，高性能光电探测器仍是当前发展的瓶颈。近年来，随着纳米科技与制备工艺的发展，光电探测逐渐朝着纳米结构化方向发展。
近年来，基于金属吸收的热电子光探测器逐渐被研究，通常该类型的探测器主要由上下金属层和中间半导体层构成。中间半导体层与金属层接触产生肖特基结，当入射的光子激发产生的热电子的能量大于肖特基结的势垒高度时，热电子将会以很高的概率穿透肖特基结，被另一端收集，从而形成光电流。
然而，现有的基于金属吸收的热电子光探测器存在对于入射光吸收率较低，探测的光谱波段固定的问题，而且现有的调控手段通常需要重新改变探测器的结构参数，制作成本大。
发明内容
为了解决现有技术中存在的基于金属吸收的光探测器的光吸收不高和吸收波段调制困难的问题，本发明提供了一种基于手性金属吸收的热电子光电探测器。
本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
一种基于手性金属吸收的热电子光电探测器，所述光电探测为多层结构，由下而上依次为衬底层、下金属层、中间半导体层、上金属层；其中下金属层和上金属层通过导线连接。
进一步地，所述下金属层是由左手性孔结构周期排布而成；所述上金属层是由右手性孔结构周期排布而成。
进一步地，所述中间半导体层厚度为30 nm，所述上金属层厚度为20 nm， 所述下金属层厚度为50nm。
进一步地，所述左手性孔结构的周期为500 nm，所述右手性孔结构的周期为500nm。
进一步地，所述下金属层和上金属层由贵金属材料Au制成；所述中间半导体层为金属氧化物Al2O3制成。
进一步地，所述下金属层、中间半导体层、上金属层之间均可分离接触。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1.本发明的光电探测器，利用左手性结构和右手性结构引起的不同的肖特基势垒，从而造成的不对称吸收来增强上下层金属的净吸收率。最终来增强探测器对入射光的吸收，方便入射光的检测。结构简单，易于制备，具有很好的应用前景，为探测器的研究提供了一种新的思路。
2.本发明的光电探测器，在上金属层上设置有右手性孔结构，在下金属层上设置有左手性孔结构，可以在孔内填充不同的材料，以适应不同环境和需求，例如在右手性孔结构的孔内填充二氧化钒，可以改变探测器所处环境温度，上层金属层结构发生变化，可实现对探测波长的调控。调控方法简单，易于操作。
附图说明
图1是本申请实施例光电探测器的原理图；
图2是本申请实施例光电探测器的结构示意图；
图3是本申请实施例上金属层和下金属层结构示意图一；
图4是本申请实施例上金属层和下金属层结构示意图二；
图5是本申请实施例上金属层和下金属层结构示意图三；
图6是本申请实施例上金属层和下金属层结构示意图四；
图中：1、衬底层；2、下金属层；3、中间半导体层；4、下金属层。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
如图2所示，一种基于手性金属吸收的热电子光电探测器，所述光电探测为多层结构，由下而上依次为衬底层1、下金属层2、中间半导体层3、上金属层4；其中下金属层2和上金属层4通过导线连接。
具体而言：
如图1和图2所示，本实施例中上金属层4为右手性孔阵列结构，下金属层2为左手性孔阵列结构，上金属层4和下金属层2分别与中间半导体层3接触产生肖特基结，当入射光照射本实施例热电子光电探测器的上金属层4和下金属层2分别与中间半导体层3时，入射光子激发产生的热电子能量大于肖特基结产生的势垒高度时，热电子将会以很高的概率穿透肖特基结，被中间半导体层3收集，分别形成上下光电流，上下层光电流部分相抵，形成最终净电流。由于上金属层4和下金属层2的相反手性带来的肖特基势垒也不同，故对入射光产生不同的吸收，从而产生较大的净电流。
特别的：
如图3（a）、图4（a）图5（a）图6（a）均为下金属层2，均为左手性孔结构；图3（b）、图4（b）图5（b）图6（b）均为上金属层4，均为右手性孔结构，下金属层2是由左手性孔结构周期排布而成，上金属层4是由右手性孔结构周期排布而成。中间半导体层3厚度为30 nm，上金属层4厚度为20 nm， 下金属层2厚度为50nm。左手性孔结构的周期为500 nm，右手性孔结构的周期为500 nm。下金属层2和上金属层4由贵金属材料Au制成；中间半导体层3为金属氧化物Al2O3制成。下金属层2、中间半导体层3、上金属层4之间均可分离接触。
本实施例的光电探测器，利用左手性结构和右手性结构引起的不同的肖特基势垒，从而造成的不对称吸收来增强上金属层4和下金属层2的净吸收率。最终来增强探测器对入射光的吸收，方便入射光的检测。结构简单，易于制备，具有很好的应用前景，为探测器的研究提供了一种新的思路。
本实施例的光电探测器，在上金属层4上设置有右手性孔结构，在下金属层2上设置有左手性孔结构，可以在孔内填充不同的材料，以适应不同环境和需求，例如在右手性孔结构的孔内填充二氧化钒，可以改变探测器所处环境温度，上金属层4结构发生变化，可实现对探测波长的调控。调控方法简单，易于操作。
本实施例基于手性金属吸收的热电子光电探测器，在上金属层4右手性孔阵列结构里填充二氧化钒，通过改变环境温度，使得二氧化钒的晶格结构发生转变。由于不同温度下二氧化钒相态不同，具有不同的吸收特性，从而在不改变原结构的前提下实现通过改变光电探测器所处环境温度即可解决一般光电探测器探测光谱波段固定，无法调节的问题。
此外，中间半导体层3的厚度还可以为非均匀的，也就是说在手性空结构的上侧或下侧，中间半导体层3的厚度小，这样一来，不仅增强了光的透射，而且加剧了肖特基势垒的差距，提高了检测灵敏度。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于手性金属吸收的热电子光电探测器，其特征在于：所述光电探测为多层结构，由下而上依次为衬底层（1）、下金属层（2）、中间半导体层（3）、上金属层（4）；其中下金属层（2）和上金属层（4）通过导线连接。
2.根据权利要求1所述的热电子光电探测器，其特征在于：所述下金属层（2）是由左手性孔结构周期排布而成；所述上金属层（4）是由右手性孔结构周期排布而成。
3.根据权利要求1所述的热电子光电探测器，其特征在于：所述中间半导体层（3）厚度为30nm，所述上金属层（4）厚度为20nm， 所述下金属层（2）厚度为50nm。
4.根据权利要求2所述的热电子光电探测器，其特征在于：所述左手性孔结构的周期为500 nm，所述右手性孔结构的周期为500 nm。
5.根据权利要求3所述的热电子光电探测器，其特征在于：所述下金属层（2）和上金属层（4）由贵金属材料Au制成；所述中间半导体层（3）为金属氧化物Al2O3制成。
6.根据权利要求5所述的热电子光电探测器，其特征在于：所述下金属层（2）、中间半导体层（3）、上金属层（4）之间均可分离接触。
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