CN111223957B - 一种法布罗共振近红外热电子光电探测器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种法布罗共振近红外热电子光电探测器及其制备方法，包括依次层叠的基底层、底层反射镜层、电介质层、顶层反射镜层；所述电介质层上表面、顶层反射镜层侧面设置有对电极层；所述底层反射镜层和顶层反射镜层的材质为金；所述电介质层的材质为二硫化钼；所述对电极层的材质为氧化铟锡。该光电探测器探测波段可通过改变电介质层的厚度进行调控，高折射率的二硫化钼的使用能有效地降低探测器的纵向尺寸并实现多波段光电响应，进而提升了热电子探测器在超紧凑光芯片以及多光谱成像领域的应用价值，本发明的光电探测器具有大面积、低成本制备的特点，由于金与二硫化钼所形成的肖特基势垒较低，可实现近红外任意波段的热电子光电响应。
Description
技术领域
本发明涉及光电探测器领域，具体为一种法布罗共振近红外热电子光电探测器及其制备方法。
背景技术
表面等离子体的非辐射衰变曾经被认为是等离激元光子器件中的寄生过程。然而，近几年来，由非辐射衰变所产生的热电子却已被广泛应用于光探测、光伏、表面成像和光催化等光电转换器件之中。就光电探测而言，热电子可以通过肖特基势垒注入相邻的半导体导带中，由于肖特基势垒远低于半导体本征带隙，使其获得带隙以外的光学跃迁，从而实现近红外的光电探测。尽管如此，热电子注入量很低、寿命短和相对较低的光吸收量依然是限制热电子光电探测器应用的重要因素。因此，为了获得更高的光吸收量，从而提高热电子探测器的量子效率，亚波长的金属纳米结构常常被用于探测器结构设计中。尽管如此，这些亚波长等离子纳米结构的加工往往却需要用到高昂的电子束光刻以及聚离子束刻蚀等加工手段，且难以实现大面积的加工。
二硫化钼，作为一种新型二维半导体材料，已经得到了广泛的研究。由于其独特的光电特性，基于二硫化钼的光电探测器具有十分有益光学与电学性能。可是，大部分的二硫化钼探测器却难以实现的近红外光电探测，这是由于其本身的半导体带隙决定。除此之外，二硫化钼在近红外区域的光吸收能力很弱，这也进一步大大增加了其应用于近红外光电探测的难度。为了克服这一技术瓶颈，近几年来，基于二硫化钼的热电子探测器也被相继报道，但是，单层和少层二硫化钼难以大面积制备、制备成本高昂与热电子探测器当前的技术瓶颈依然是限制其大规模应用的关键问题所在。
发明内容
本发明为了解决现有技术中存在的二硫化钼难以实现近红外光电探测以及热电子光电探测器难以大面积、低成本制备的缺陷，提供一种通过耦合法布罗共振与金与二硫化钼形成的低肖特基势垒，能大面积低成本的实现近红外光电探测的法布罗共振近红外热电子光电探测器及其制备方法。
为了实现上述发明目的，本发明首先提供一种法布罗共振近红外热电子光电探测器，包括依次层叠的基底层、底层反射镜层、电介质层、顶层反射镜层；所述电介质层上表面、顶层反射镜层侧面设置有对电极层；所述底层反射镜层和顶层反射镜层的材质为金；所述电介质层的材质为二硫化钼；所述对电极层的材质为氧化铟锡。
优选的，所述底层反射镜层、电介质层、顶层反射镜层三层构设成法布罗共振腔。
优选的，所述电介质层同中心点覆盖住底层反射镜层的部分上表面。
优选的，所述对电极层和顶层反射镜层等长并排设置于顶层反射镜层上表面。
优选的，所述基底层为熔融石英玻璃基底层。
本发明还提供一种上述的法布罗共振近红外热电子光电探测器的制备方法，包括如下步骤：
S1提供一基底层；
S2在所述基底层上形成一粘附层；
S3在所述粘附层上形成一金材质的底层反射镜层；
S4在所述底层反射镜层上旋涂光刻胶并曝光，并通过显影液显影得到一成型在底层反射镜层顶部的光刻胶窗口一；
S5磁控溅射经S4步骤处理后的器件上表面，形成一覆盖于光刻胶窗口一顶部和光刻胶窗口一围合的腔内顶部的二硫化钼的溅射层一；
S6利用去胶液移除多余光刻胶以及无用二硫化钼残渣，得到一光刻胶窗口一围合的腔内顶部的电介质层；
S7在所述电介质层与电介质层外围的底层反射镜层的顶部旋涂光刻胶并套刻后，显影得一围合在电介质层顶部的光刻胶窗口二；
S8电子束蒸发沉积经S7步骤处理后的器件上表面，形成一覆盖于光刻胶窗口二顶部和光刻胶窗口二围合的腔内顶部的金材质的沉积层一；
S9采用去胶液溶液去除光刻胶并最终成型一光刻胶窗口二的腔内顶部的金材质的顶层反射镜层；
S10在经S9处理后的器件上表面旋涂光刻胶并套刻后，显影得一围合在电介质层顶部、顶层反射镜层侧面的光刻胶窗口三；
S11采用电子束蒸发镀膜沉积经S10处理后的器件上表面，形成一覆盖于光刻胶窗口三顶部和光刻胶窗口三围合的腔内顶部的氧化铟锡材质的沉积层二；
S12采用去胶液溶液去除光刻胶并最终成型一光刻胶窗口三的腔内顶部的氧化铟锡材质的对电极层。
优选的，所述基底层为熔融石英玻璃。
优选的，所述电介质层厚度为80-360nm。
优选的，所述底层反射镜层厚度为100-200nm。
优选的，所述顶层反射镜层厚度为20-40nm。
本发明的有益效果是：
1、本发明的法布罗共振近红外热电子光电探测器通过耦合法布罗共振与金与二硫化钼形成的低肖特基势垒，实现近红外光电探测。如图3所示，利用易加工的平面法布罗共振腔，改变二硫化钼的厚度，可以实现波段可调完美吸收，进而增强金属中的热电子产量并通过低于半导体带隙的肖特基势垒注入半导体，从而实现近红外热电子光电探测，利用二硫化钼作为电介质层，所述电介质层具有高折射率、低近红外光吸收的特点，折射率为4.3，利用金作为法布罗共振腔的顶层反射镜层与底层反射镜层，利用氧化铟锡作为光电探测器的对电极层。通过磁控溅射、电子束蒸发以及紫外光刻的方法，可以实现电介质层、反射镜层以及对电极层的可控、低成本制备；
2、本发明的法布罗共振近红外热电子光电探测器利用法布罗共振效应实现特定波段的近红外光完美吸收，促进金属中的热电子产量，通过二硫化钼与金形成的肖特基势垒实现了热电子有效提取，突破了二硫化钼带隙的限制，最终实现了近红外光电响应。由于二硫化钼高折射率的特性，通过适当增加二硫化钼的厚度，该热电子探测器可实现多光谱响应，具有应用于近红外多光谱成像的巨大潜力。同时，热电子探测器为易加工的平面结构，大大降低了材料的加工难度并节省了成本。
附图说明
图1为本发明一种优选实施例的法布罗共振近红外热电子光电探测器的结构图；
图2为本发明一种优选实施例的法布罗共振近红外热电子光电探测器的制备流程图；
图3为本发明一种优选实施例的探测器波段可调完美吸收数据图；
图4为本发明一种优选实施例的探测器波段可调谐光响应数据图；
图5为本发明一种优选实施例的探测器多光谱响应响应的数据图；
具体的附图标记为：
1基底层；2底层反射镜层；3电介质层；4顶层反射镜层；5对电极层；6光刻胶窗口一；7溅射层一；8光刻胶窗口二；9沉积层一；10光刻胶窗口三；11沉积层二。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明的法布罗共振近红外热电子光电探测器，包括依次层叠的基底层1、底层反射镜层2、电介质层3、顶层反射镜层4；所述电介质层3上表面、顶层反射镜层4侧面设置有对电极层5；所述底层反射镜层2和顶层反射镜层4的材质为金；所述电介质层3的材质为二硫化钼；所述对电极层5的材质为氧化铟锡。
所述基底层1与底层反射镜层2的表面面积一致，而电介质层3的表面面积略小于底层反射镜层2，优选的，所述电介质层3的四边与底层反射镜层2的四边的间距为固定距离，更优选的，所述电介质层3与所述底层反射镜层2为同中心设置，并且优选的设置成长方形和正方形表面。所述电介质层3上设置有顶层反射镜层4，优选的，所述顶层反射镜层4的表面面积略小于电介质层3的表面面积，所述对电极层5设置在电介质层3的顶部，并设置在顶层反射镜层4的侧面。优选的，所述对电极层5与顶层反射镜层4为平行并排设置。
优选的，所述底层反射镜层2、电介质层3、顶层反射镜层4三层构设成法布罗共振腔。其中底层反射镜层2和顶层反射镜层4为金材质，法布罗共振腔中电介质层3为二硫化钼材质，并且底层反射镜层2的表面积略大于电介质层3的表面积，而电介质层3的表面积略大于顶层反射镜层4的表面积。
本发明所述的底层反射镜层2的厚度为100nm，顶层反射镜层4与氧化铟锡的对电极层5的厚度为20nm，该制备工艺为电子束蒸发镀膜与紫外光刻。
本发明所述的电介质层3的厚度为80-360nm，该厚度选择可根据探测器的响应波段进行选择，制备工艺为磁控溅射。
优选的，所述电介质层3同中心点覆盖住底层反射镜层2的部分上表面。
优选的，所述对电极层5和顶层反射镜层4等长并排设置于顶层反射镜层4上表面。所述对电极层5和顶层反射镜层4优选设置成长条状平行设置。
优选的，所述基底层1为熔融石英玻璃基底层1。所述基底层1不限于熔融石英玻璃，也可以是其他含硅类材质。
本申请提供一种通过耦合法布罗共振与金与二硫化钼形成的低肖特基势垒，实现近红外光电探测的方法。利用易加工的平面法布罗共振腔实现波段可调完美吸收，进而增强金属中的热电子产量并通过低于半导体带隙的肖特基势垒注入半导体，从而实现近红外热电子光电探测，利用二硫化钼作为电介质，所述电介质具有高折射率、低近红外光吸收的特点，折射率为4.3，利用金作为法布罗共振腔的顶层与底层反射镜，利用氧化铟锡作为光电探测器的对电极。通过磁控溅射、电子束蒸发以及紫外光刻的方法，可以实现电介质、反射镜以及对电极的可控、低成本制备。
本发明所述基于法布罗共振与高折射率二硫化钼的近红外热电子光电探测器包括法布罗共振腔(其中金为顶层反射镜层4与底层反射镜层2，二硫化钼为电介质层3)，氧化铟锡的对电极层5以及熔融石英玻璃的基底层1。
本发明所述的法布罗共振腔包含顶层反射镜层4与底层反射镜层2以及二硫化钼电介质层3，且确定厚度对特定波长的光具有完美吸收的特性。
本发明还提供一种上述的法布罗共振近红外热电子光电探测器的制备方法，包括如图2所示的以下步骤：
S1提供一基底层1；所述基底层1材料为熔融石英玻璃；
S2在所述基底层1上形成一粘附层；
具体的工艺为：在所述基底层1上先用电子束蒸发沉积10nm的钛作为底层反射镜层2与基底层1之间的粘附层；
S3在所述粘附层上形成一金材质的底层反射镜层2；
具体的工艺为：在粘附层沉积100nm的金作为法布罗腔的底层反射镜层2；
S4在所述底层反射镜层2上旋涂光刻胶并曝光，并通过显影液显影得到一成型在底层反射镜层2顶部的光刻胶窗口一6；
具体的工艺为：在镀有底层反射镜层2的基片上利用旋涂机旋涂S1818光刻胶，然后利用定制的掩膜板进行紫外曝光，最后通过显影液显影获得所需的5*5mm2光刻胶窗口一6；
S5磁控溅射经S4步骤处理后的器件上表面，形成一覆盖于光刻胶窗口一6顶部和光刻胶窗口一6围合的腔内顶部的二硫化钼的溅射层一7；
具体的工艺为：在所述底层反射镜层2面上利用磁控溅射方法制备80-360nm的二硫化钼层；
S6利用去胶液移除多余光刻胶以及无用二硫化钼残渣，得到一光刻胶窗口一6围合的腔内顶部的电介质层3；
具体的工艺为：利用除胶剂去除多余光刻胶以及无用二硫化钼残渣，然后再用去离子水进行清洗，最终利用氮气进行吹干，得到一S5步骤中的光刻胶窗口一6围合的腔内顶部的电介质层3。此步骤中，除光刻胶窗口一6围合的腔内顶部的电介质层3，其余的二硫化钼层都已经被除去；
S7在所述电介质层3与电介质层3外围的底层反射镜层2的顶部旋涂光刻胶并套刻后，显影得一围合在电介质层3顶部的光刻胶窗口二8；
具体的工艺为：在镀有二硫化钼的电介质层3的基片上再次利用旋涂机旋涂S1818光刻胶，然后利用定制的掩膜板进行紫外套刻，最后通过显影液显影获得所需的3*3mm2光刻胶窗口二8，用于预留电极接口；
S8电子束蒸发沉积经S7步骤处理后的器件上表面，形成一覆盖于光刻胶窗口二8顶部和光刻胶窗口二8围合的腔内顶部的金材质的沉积层一9；
具体的工艺为：采用电子束蒸发的方式以
的速率在所述电子束光刻结构表面沉积20nm厚的金；
S9采用去胶液溶液去除光刻胶并最终成型一光刻胶窗口二8的腔内顶部的金材质的顶层反射镜层4；
具体的工艺为：采用去胶液溶液在加热80℃的条件下，浸泡移除多余金属颗粒，并最终形成顶层反射镜层4；
S10在经S9处理后的器件上表面旋涂光刻胶并套刻后，显影得一围合在电介质层3顶部、顶层反射镜层4侧面的光刻胶窗口三10；
具体的工艺为：利用同S7的紫外光刻工艺，进行二次套刻形成光刻胶窗口三10；
S11采用电子束蒸发镀膜沉积经S10处理后的器件上表面，形成一覆盖于光刻胶窗口三10顶部和光刻胶窗口三10围合的腔内顶部的氧化铟锡材质的沉积层二11；
具体的工艺为：利用电子束蒸发镀膜沉积20nm氧化铟锡对电极；
S12采用去胶液溶液去除光刻胶并最终成型一光刻胶窗口三10的腔内顶部的氧化铟锡材质的对电极层5；
具体的工艺为：利用去胶液除去非工作区域部分多余的氧化铟锡杂质。
还可以包括后续的处理工序：
S13通过激光器以及半导体参数测试仪对所述热电子光电探测器进行测试以及标定；
S14封装成热电子光电探测器成品。
实施例一
现通过一具体的实施例来详细阐述本发明的具体工艺。
本实施例所述的一种基于法布罗共振与二硫化钼的近红外热电子光电探测器，其制备方法如下：
S1提供一种基底层1，所述基底层1材料为熔融石英玻璃；
S2在所述基片上先用电子束蒸发沉积10nm的钛作为底层反射镜层2与基底层1的粘附层；
S3然后继续沉积100nm的金作为法布罗腔的底层反射镜层2；
S4在镀有金属材质的底层反射镜层2的基片上利用旋涂机旋涂S1818光刻胶，然后利用定制的掩膜板进行紫外曝光，最后通过显影液显影获得所需的5*5mm2光刻胶窗口一6；
S5在所述底层反射镜层2的面上利用磁控溅射方法制备80nm的二硫化钼的溅射层一7；
S6溅射层一7制备成电介质层3的过程：利用除胶剂去除多余光刻胶以及无用二硫化钼残渣，然后再用去离子水进行清洗，最终利用氮气进行吹干；该步骤为去除多余的溅射层7，留下需要的溅射的电介质层3；
S7在镀有二硫化钼的电介质层3的基片上再次利用旋涂机旋涂S1818光刻胶，然后利用定制的掩膜板进行紫外套刻，最后通过显影液显影获得所需的3*3mm2光刻胶窗口二8，用于预留电极接口；
S8采用电子束蒸发的方式以
的速率在所述电子束光刻结构表面沉积20nm厚的金的沉积层一9；
S9采用去胶液溶液在加热80℃的条件下，浸泡移除多余金属颗粒，并最终形成顶层反射镜层4；
S10利用紫外光刻工艺，进行二次套刻，显影得一围合在电介质层3顶部、顶层反射镜层4侧面的光刻胶窗口三10；
S11利用电子束蒸发镀膜沉积20nm氧化铟锡；
S12利用去胶液除去非工作区域部分多余的氧化铟锡杂质并最终形成对电极层5；
S13通过激光器以及半导体参数测试仪对所述热电子光电探测器进行测试以及标定。
S14封装成热电子光电探测器成品。
本实施例提供一基底层1，所述基底层1的材料为熔融石英玻璃，在基底层1上沉积底层反射镜层2，主要通过电子束蒸发，热蒸镀等物理气相沉积方法。在底层反射镜层2沉积结束之后，通过紫外光刻制得一个5*5mm2大小的光刻胶窗口，利用磁控溅射在其上表面沉积适当厚度的二硫化钼，之后，利用紫外光刻进行套刻，在基片上实现一个3*3mm2区域的光刻胶窗口并沉积顶层反射镜层，然后再次利用紫外光刻进行第二次套刻，最终通过电子束蒸发获得氧化铟锡的对电极层。
采用此方法制备的近红外热电子光电探测器的光响应率最高值为16mA/W，半峰宽为76nm，该探测器可以在无偏压以及常温下工作，且制备工艺相对其他需要使用电子束光刻以及聚离子束刻蚀的热电子探测器更容易实现大面积加工，且加工成本更低。
实施例一的光电探测器的光吸收测试
如图3和图4，设计五组实验组，均采用实施例一的制备方法，其他制备条件均相同，区别在于制备的电介质层3的厚度分别为：50nm、60nm、70nm、80nm、85nm。并对吸收率和光响应率进行测试，其测试结果如下表。
从上表、图3、图4中可以得知，通过改变电介质层的厚度，该器件均能在特定波长段达到95％以上的高吸收率，光响应率随波长增加而减弱，那是由于随着电介质层的厚度不断增加，响应波长发生红移，内量子效率发生了降低。
实施例二
现通过一具体的实施例来详细阐述本发明的具体工艺。
本实施例所述的一种基于法布罗共振与二硫化钼的近红外热电子光电探测器，其制备方法如下：
S1提供一种基底层1，所述基底层1材料为熔融石英玻璃；
S2在所述基片上先用电子束蒸发沉积10nm的钛作为底层反射镜层2与基底层1的粘附层；
S3然后继续沉积100nm的金作为法布罗腔的底层反射镜层2；
S4在镀有金属材质的底层反射镜层2的基片上利用旋涂机旋涂S1818光刻胶，然后利用定制的掩膜板进行紫外曝光，最后通过显影液显影获得所需的5*5mm2光刻胶窗口一6；
S5在所述反射镜面上利用磁控溅射方法制备360nm的二硫化钼的溅射层一7；
S6溅射层一7制备成电介质层3的过程：利用除胶剂去除多余光刻胶以及无用二硫化钼残渣，然后再用去离子水进行清洗，最终利用氮气进行吹干；该步骤为去除多余的溅射层7，留下需要的溅射的电介质层3；
S7在镀有二硫化钼的电介质层3的基片上再次利用旋涂机旋涂S1818光刻胶，然后利用定制的掩膜板进行紫外套刻，最后通过显影液显影获得所需的3*3mm2光刻胶窗口二8，用于预留电极接口；
S8采用电子束蒸发的方式以
的速率在所述电子束光刻结构表面沉积20nm厚的金的沉积层一9；
S9采用去胶液溶液在加热80℃的条件下，浸泡移除多余金属颗粒，并最终形成顶层反射镜层4；
S10利用紫外光刻工艺，进行二次套刻，显影得一围合在电介质层3顶部、顶层反射镜层4侧面的光刻胶窗口三10；
S11利用电子束蒸发镀膜沉积20nm氧化铟锡；
S12利用去胶液除去非工作区域部分多余的氧化铟锡杂质并最终形成对电极层5；
S13通过激光器以及半导体参数测试仪对所述热电子光电探测器进行测试以及标定。
S14封装成热电子光电探测器成品。
本实施例提供一基底层1，所述基底层1的材料为熔融石英玻璃，在基底层1上沉积底层反射镜层2，主要通过电子束蒸发，热蒸镀等物理气相沉积方法。在底层反射镜层2沉积结束之后，通过紫外光刻制得一个5*5mm2大小的光刻胶窗口，利用磁控溅射在其上表面沉积适当厚度的二硫化钼，之后，利用紫外光刻进行套刻，在基片上实现一个3*3mm2区域的光刻胶窗口并沉积顶层反射镜层，然后再次利用紫外光刻进行第二次套刻，最终通过电子束蒸发获得氧化铟锡的对电极层。
对本实施例的近红外热电子光电探测进行光响应率测试得到图5的数据图表，当中间电介质层二硫化钼的厚度增加至360nm,相比于80nm附近的单个响应波段，该探测器出现了三个不同峰位的响应波段，展现了独特的多光谱响应特性，具有可应用于多光谱成像等的巨大潜力。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种法布罗共振近红外热电子光电探测器，其特征在于：包括依次层叠的基底层、底层反射镜层、电介质层、顶层反射镜层；所述电介质层上表面、顶层反射镜层侧面设置有对电极层；所述底层反射镜层和顶层反射镜层的材质为金；所述电介质层的材质为二硫化钼；所述对电极层的材质为氧化铟锡。
2.根据权利要求1所述的法布罗共振近红外热电子光电探测器，其特征在于：所述底层反射镜层、电介质层、顶层反射镜层三层构设成法布罗共振腔。
3.根据权利要求2所述的法布罗共振近红外热电子光电探测器，其特征在于：所述电介质层同中心点覆盖住底层反射镜层的部分上表面。
4.根据权利要求2所述的法布罗共振近红外热电子光电探测器，其特征在于：所述对电极层和顶层反射镜层等长并排设置于顶层反射镜层上表面。
5.根据权利要求2所述的法布罗共振近红外热电子光电探测器，其特征在于：所述基底层为熔融石英玻璃基底层。
6.一种权利要求1所述的法布罗共振近红外热电子光电探测器的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1提供一基底层；
S2在所述基底层上形成一粘附层；
S3在所述粘附层上形成一金材质的底层反射镜层；
S4在所述底层反射镜层上旋涂光刻胶并曝光，并通过显影液显影得到一成型在底层反射镜层顶部的光刻胶窗口一；
S5磁控溅射经S4步骤处理后的器件上表面，形成一覆盖于光刻胶窗口一顶部和光刻胶窗口一围合的腔内顶部的二硫化钼的溅射层一；
S6利用去胶液移除多余光刻胶以及无用二硫化钼残渣，得到一光刻胶窗口一围合的腔内顶部的电介质层；
S7在所述电介质层与电介质层外围的底层反射镜层的顶部旋涂光刻胶并套刻后，显影得一围合在电介质层顶部的光刻胶窗口二；
S8电子束蒸发沉积经S7步骤处理后的器件上表面，形成一覆盖于光刻胶窗口二顶部和光刻胶窗口二围合的腔内顶部的金材质的沉积层一；
S9采用去胶液溶液去除光刻胶并最终成型一光刻胶窗口二的腔内顶部的金材质的顶层反射镜层；
S10在经S9处理后的器件上表面旋涂光刻胶并套刻后，显影得一围合在电介质层顶部、顶层反射镜层侧面的光刻胶窗口三；
S11采用电子束蒸发镀膜沉积经S10处理后的器件上表面，形成一覆盖于光刻胶窗口三顶部和光刻胶窗口三围合的腔内顶部的氧化铟锡材质的沉积层二；
S12采用去胶液溶液去除光刻胶并最终成型一光刻胶窗口三的腔内顶部的氧化铟锡材质的对电极层。
7.根据权利要求6所述的法布罗共振近红外热电子光电探测器的制备方法，其特征在于：所述基底层为熔融石英玻璃。
8.根据权利要求6所述的法布罗共振近红外热电子光电探测器的制备方法，其特征在于：所述电介质层厚度为80-360nm。
9.根据权利要求6所述的法布罗共振近红外热电子光电探测器的制备方法，其特征在于：所述底层反射镜层厚度为100nm。
10.根据权利要求6所述的法布罗共振近红外热电子光电探测器的制备方法，其特征在于：所述顶层反射镜层厚度为20nm。
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|---|---|---|---|---|
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| CN114545536B (zh) * | 2022-01-26 | 2023-08-15 | 宁波大学 | 一种基于二维过渡金属硫化物的光吸收增强结构和方法 |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1204148A2 (en) * | 2000-11-06 | 2002-05-08 | Agere Systems Optoelectronics Guardian Corporation | Planar resonant cavity enhanced photodetector |
| CN101005105A (zh) * | 2007-01-19 | 2007-07-25 | 南京大学 | 氮化镓基共振腔增强型紫外光电探测器及制备方法 |
| CN102714137A (zh) * | 2009-10-16 | 2012-10-03 | 康奈尔大学 | 包括纳米线结构的方法和装置 |
| CN105161564A (zh) * | 2015-09-22 | 2015-12-16 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 适用于高光谱成像的波段选择性增强量子阱红外焦平面 |
| KR20160147144A (ko) * | 2015-06-12 | 2016-12-22 | 한국원자력연구원 | 직접 검출형 방사선 검출소자 |
| CN107275422A (zh) * | 2017-06-22 | 2017-10-20 | 江南大学 | 一种增强二维过渡金属硫化物光吸收的结构 |
| CN108507678A (zh) * | 2018-03-01 | 2018-09-07 | 东南大学 | 一种等离激元多谐振机制增强的可调超光谱探测芯片 |
| GB201904542D0 (en) * | 2019-04-01 | 2019-05-15 | Imperial College Innovations Ltd | Photodetection |
| EP3493283A1 (en) * | 2017-12-04 | 2019-06-05 | Université d'Aix Marseille | Plasmonic rectenna device and method of manufacturing |
| CN110690313A (zh) * | 2019-10-25 | 2020-01-14 | 华南理工大学 | 一种Si衬底MoS2近红外光探测器及制备方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140175546A1 (en) * | 2012-11-06 | 2014-06-26 | The Regents Of The University Of California | Plasmonically enhanced electro-optic devices and methods of production |
| US9244268B2 (en) * | 2013-02-14 | 2016-01-26 | The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | Actively tunable polar-dielectric optical devices |
| JP6161554B2 (ja) * | 2013-04-26 | 2017-07-12 | 三菱電機株式会社 | 電磁波検出器および電磁波検出器アレイ |
| WO2017145299A1 (ja) * | 2016-02-24 | 2017-08-31 | 三菱電機株式会社 | 電磁波検出器 |
| WO2018146138A1 (en) * | 2017-02-08 | 2018-08-16 | Trinamix Gmbh | Detector for an optical detection of at least one object |
-
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Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1204148A2 (en) * | 2000-11-06 | 2002-05-08 | Agere Systems Optoelectronics Guardian Corporation | Planar resonant cavity enhanced photodetector |
| CN101005105A (zh) * | 2007-01-19 | 2007-07-25 | 南京大学 | 氮化镓基共振腔增强型紫外光电探测器及制备方法 |
| CN102714137A (zh) * | 2009-10-16 | 2012-10-03 | 康奈尔大学 | 包括纳米线结构的方法和装置 |
| KR20160147144A (ko) * | 2015-06-12 | 2016-12-22 | 한국원자력연구원 | 직접 검출형 방사선 검출소자 |
| CN105161564A (zh) * | 2015-09-22 | 2015-12-16 | 中国科学院上海技术物理研究所 | 适用于高光谱成像的波段选择性增强量子阱红外焦平面 |
| CN107275422A (zh) * | 2017-06-22 | 2017-10-20 | 江南大学 | 一种增强二维过渡金属硫化物光吸收的结构 |
| EP3493283A1 (en) * | 2017-12-04 | 2019-06-05 | Université d'Aix Marseille | Plasmonic rectenna device and method of manufacturing |
| CN108507678A (zh) * | 2018-03-01 | 2018-09-07 | 东南大学 | 一种等离激元多谐振机制增强的可调超光谱探测芯片 |
| GB201904542D0 (en) * | 2019-04-01 | 2019-05-15 | Imperial College Innovations Ltd | Photodetection |
| CN110690313A (zh) * | 2019-10-25 | 2020-01-14 | 华南理工大学 | 一种Si衬底MoS2近红外光探测器及制备方法 |
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