CN113471323B - 一种光电探测器、具有记忆功能的运算处理器及制备方法 - Google Patents
一种光电探测器、具有记忆功能的运算处理器及制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113471323B CN113471323B CN202110740607.3A CN202110740607A CN113471323B CN 113471323 B CN113471323 B CN 113471323B CN 202110740607 A CN202110740607 A CN 202110740607A CN 113471323 B CN113471323 B CN 113471323B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- alloy film
- substrate
- quartz boat
- heating
- photoelectric detector
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000006386 memory function Effects 0.000 title claims abstract description 27
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 78
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 53
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 53
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 39
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims abstract description 33
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims abstract description 19
- 230000004298 light response Effects 0.000 claims abstract description 18
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims abstract description 13
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 48
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 46
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 41
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 30
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 18
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 11
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 10
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 8
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 8
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 6
- 238000000313 electron-beam-induced deposition Methods 0.000 claims description 5
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 5
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 1
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 claims 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 abstract description 15
- 239000000969 carrier Substances 0.000 abstract description 14
- -1 transition metal sulfide Chemical class 0.000 abstract description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 10
- 230000006798 recombination Effects 0.000 abstract description 8
- 238000005215 recombination Methods 0.000 abstract description 8
- 230000004927 fusion Effects 0.000 abstract description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 48
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 11
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 7
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 7
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 5
- 108010076504 Protein Sorting Signals Proteins 0.000 description 4
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 230000002459 sustained effect Effects 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001080 W alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- HDJLCPMPTBFPCJ-UHFFFAOYSA-N [Mo].[W]=S Chemical compound [Mo].[W]=S HDJLCPMPTBFPCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013473 artificial intelligence Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- RCJVRSBWZCNNQT-UHFFFAOYSA-N dichloridooxygen Chemical compound ClOCl RCJVRSBWZCNNQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 230000003446 memory effect Effects 0.000 description 1
- 239000011664 nicotinic acid Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/09—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T1/00—General purpose image data processing
- G06T1/20—Processor architectures; Processor configuration, e.g. pipelining
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/032—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
本发明公开了一种光电探测器、具有记忆功能的运算处理器及制备方法。所述光电探测器从下到上依次包括衬底层、光响应层、电极层；所述光响应层为富含缺陷的MoxWySz合金薄膜；所述MoxWySz合金薄膜以氯化钠促融制备。本发明通过将光响应层设置为富含缺陷的过渡金属硫化物MoxWySz合金薄膜，从而使得光电探测器具有持续光电导效应；通过设置比较器模块，使得图像逻辑运算处理器单元能够执行逻辑运算。所述限域倾斜CVD法中的NaCl能够促进MoS2和WS2的融合，从而生长富含缺陷的过渡金属硫化物MoxWySz合金薄膜，该薄膜中的缺陷可以束缚光生载流子，从而阻碍光生载流子的复合。
Description
技术领域
本发明涉及探测器领域，具体为一种光电探测器和运算处理器。
背景技术
人工智能和物联网的发展强调了高计算效率和低功耗运算处理的必要性。然而，传统的冯诺依曼架构使得存储器和运算单元是分离的，这样就导致了在通信瓶颈，也就是所谓的“冯诺依曼瓶颈”。仿生的神经形态计算由于在物理层面上模拟了人的大脑，可以执行复杂的运算任务，从而打破这种限制。由于人类视觉系统感知外界80％的信息，实时感知和处理视觉信息的能力变得十分重要。然而，现有的光电探测器大多只能进行光电探测，而无法进行存储，基于此的图像传感器像素单元也无法完成对视觉信息的处理和运算。此外，基于MoxWySz合金薄膜的光电探测器在追求高探测率和高响应率等性能的基础上，并未发展其在具有记忆功能的神经形态光电探测器上的潜力。由于视觉信息是非结构化的，依赖光电探测器接受信息并传输至存储器和运算单元进行神经形态运算的传统的人工视觉系统具有数据冗余和资源浪费的缺点。因此，需要大力发展集成感知，存储和运算一体化的多功能神经形态视觉传感器件。
此外，由于光信号的低串扰和高带宽，能够对光信号执行逻辑运算的神经形态器件是被迫切需要的。目前的神经形态视觉传感器可以通过提高图像对比度和降噪，提高图像识别和分类的效率，但是无法对两张图片进行图像逻辑运算，并将运算结果进行原位存储。
发明内容
本发明为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种能对光响应层进行结构改良并使得光电探测器具有持续光电导效应的光电探测器、具有记忆功能的运算处理器及制备方法。
本发明首先提供一种光电探测器，从下到上依次包括衬底层、光响应层、电极层；所述光响应层为富含缺陷的MoxWySz合金薄膜；所述MoxWySz合金薄膜以氯化钠促融制备。MoxWySz合金薄膜优选的为MoxW1-xS2合金薄膜。本申请文件中的MoxWySz合金薄膜表示的是硫化钼钨合金薄膜，更优选的是指三元MoxW1-xS2合金薄膜。
本发明还提供如下优化方案：
优选的，所述MoxWySz合金薄膜以限域倾斜CVD法制备。这种方法中的NaCl能够降低金属源的熔点，并且可以与金属源反应生成金属氧氯化物，从而促进硫化物的生成，促进MoS2和WS2的融合，从而生长富含缺陷(主要是硫空位缺陷)的过渡金属硫化物MoxWySz合金薄膜，该薄膜中的缺陷可以束缚光生载流子，从而阻碍光生载流子的复合，使得光电探测器具有持续光电导效应，从而产生记忆性。
优选的，所述衬底层为Si/SiO2。
优选的，所述电极层为Ti/Au；Ti能够增加电极与薄膜材料的粘附性。
本发明还提供一种具有记忆功能的运算处理器，包括上述的光电探测器和比较器模块。
优选的，所述比较器模块包括电压比较器、电阻和跨阻放大器。
优选的，运算处理器为图像逻辑运算处理器；图像逻辑运算处理器对两个图片执行逻辑运算，直接输出运算后的结果，可以减小后续机器视觉运算任务的压力，提高运算效率。
本发明的MoxWySz合金薄膜的制备方法，所述限域倾斜CVD法包括如下步骤：
S1将钨源和NaCl按比例混合，均匀放在前驱体衬底上，并将前驱体衬底放置于石英舟一内；前驱体衬底优选的可选择Si、SiO2、Si\SiO2材质；
S2将钼源和NaOH放置在前驱体衬底的前端；
S3将Si/SiO2生长衬底正面朝下并倾斜放置于前驱体衬底正上方；
S4将硫粉放在另一石英舟二内，并将石英舟二置于管式炉上游；两个石英舟都放在管式炉里，一般的管式炉都是从一端通入气体，从另一端出气；石英舟二放在靠近通入气体一侧，即管式炉的上游。
S5使用Ar气体清洗管式炉后，将管式炉设为常压状态；管式炉设置成常压状态有助于薄膜自然产生更多缺陷，从而具有记忆效应；
S6在Ar气氛(45sccm)下，使管式炉加热中心以50℃/min的速度升至750℃～800℃，并保持5分钟；当温度升至670℃～700℃时，将硫粉加热至220℃；首先加热至钼源升华的温度，第二次加热是为了使硫粉和钨源同时升华，从而使硫和钼反应。一般都是通入Ar气体，惰性气体下有助于材料反应；
S7在Ar(45sccm)/H2(40/5sccm)气氛下，使加热中心以25℃/min的速度升至850℃～875℃，并保持5分钟；管式炉有设有Ar和H2通气口和流速控制仪，当S6步骤结束后，开始S7步骤，即开始调整气体流速。此时加热使钼源升华，加入H2抑制MoS2的生长，从而生成合金薄膜；
S8将石英舟一移出管式炉并自然冷却至室温得到MoxWySz合金薄膜。
上述的光电探测器的制备方法，包括如下步骤：
步骤A提供Si/SiO2前驱体衬底和生长衬底；
步骤B以限域倾斜CVD法制备MoxWySz合金薄膜；
步骤C在MoxWySz合金薄膜上制备电极层。
上述的具有记忆功能的运算处理器的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：提供前驱体衬底和生长衬底；
步骤2：将WO3和NaCl按比例混合，均匀放在前驱体衬底上，并将衬底放置于石英舟一内；
步骤3：将MoO3和NaOH放置前驱体衬底的前端；
步骤4：将生长衬底正面朝下并倾斜放置于前驱体衬底上方；
步骤5：将硫粉放在另一石英舟二内，并将石英舟二置于管式炉上游；
步骤6：在使用Ar气体清洗后，将管式炉设为常压状态；
步骤7：在Ar气氛下，使管式炉加热中心以50℃/min的速度升至750℃-800℃，并保持5分钟；当温度升至670℃-700℃时，将硫粉加热至220℃；
步骤8：在Ar/H2气氛下，使加热中心以25℃/min的速度升至850℃～875℃，并保持5分钟；
步骤9：将石英舟一移出管式炉并自然冷却至室温，制备出MoxWySz合金薄膜；
步骤10：将样品从石英舟一中取出，采用电子束沉积和标准光刻工艺在MoxWySz合金薄膜表面制备电极层，制备出光电探测器；
步骤11：将所述光电探测器依次连接跨阻放大器、电压比较器和电阻；
步骤12：得到具有记忆功能的运算处理器。
其中步骤1到步骤10即为光电探测器的制备方法，即对步骤A至步骤C的细化。
本发明的有益效果是：
本发明通过将光响应层设置为富含缺陷的过渡金属硫化物MoxWySz合金薄膜，从而使得光电探测器具有持续光电导效应；通过设置比较器模块，使得图像逻辑运算处理器单元能够执行逻辑运算。所述限域倾斜CVD法中的NaCl能够促进MoS2和WS2的融合，从而生长富含缺陷(主要是硫空位缺陷)的过渡金属硫化物MoxWySz合金薄膜，该薄膜中的缺陷可以束缚光生载流子，从而阻碍光生载流子的复合。
附图说明
图1为本发明一优选实施例的运算处理器的结构图；
图2为本发明一优选实施例的运算处理器的比较器模块的参考电压。
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。
本发明通过将光响应层12设置为富含缺陷的过渡金属硫化物MoxWySz合金薄膜，从而使得光电探测器1具有持续光电导效应；通过设置比较器模块2，使得运算处理器能够执行逻辑运算。
如图1所示，本发明的光电探测器1，从下到上依次包括衬底层11、光响应层12、电极层13；所述光响应层12为富含缺陷的MoxWySz合金薄膜；所述MoxWySz合金薄膜以氯化钠促融制备。所述光响应层12上设置电极层13。
所述MoxWySz合金薄膜以限域倾斜CVD法制备。这种方法中的NaCl能够促进MoS2和WS2的融合，从而生长富含缺陷(主要是硫空位缺陷)的过渡金属硫化物MoxWySz合金薄膜。所述光响应层12的材料为富含缺陷的过渡金属硫化物MoxWySz合金薄膜，厚度为20～40nm。该薄膜能够对可见波段的光进行响应，并且由于富含缺陷，使得光电探测器1具有持续光电导效应，从而具有记忆性。该薄膜中的缺陷可以束缚光生载流子，从而阻碍光生载流子的复合，使得光电探测器1具有持续光电导效应，从而产生记忆性。基于这种记忆性，通过设置比较器模块2，从而可以实现对两次输入的光信号进行逻辑运算。
所述衬底层11为Si/SiO2。
所述电极层13为Ti/Au。
本发明的MoxWySz合金薄膜的制备方法，所述限域倾斜CVD法包括如下步骤：
S1将钨源和NaCl按比例混合，均匀放在前驱体衬底上，并将前驱体衬底放置于石英舟一内；邬源优选的为WO3。
在一种较佳的实施例中，WO3和NaCl按照10:1的比例混合，均匀放在前驱体衬底上，并将衬底放置于1英寸的石英舟一内；
S2将钼源和NaOH放置在前驱体衬底的前端；钼源优选的为MoO3。
在一种较佳的实施例中，将质量为钨源一半的钼源和微量NaOH放置于前驱体衬底的前端；
S3将Si/SiO2生长衬底正面朝下并倾斜放置于前驱体衬底上方；从而达到限域作用；限域能稳定衬底表面的气流，使材料更加均匀，面积更大；
S4将硫粉放在另一石英舟二内，并将石英舟二置于管式炉上游；硫粉优选的为0.5-0.8g。
S5使用Ar气体清洗管式炉后，将管式炉设为常压状态；
S6在Ar气氛下，使管式炉加热中心在15分钟内升至750℃～800℃，并保持5分钟；当温度升至670℃～700℃时，将硫粉加热至220℃；
S7在Ar/H2气氛下，使加热中心在5分钟内升至875℃，并保持5分钟；
S8将石英舟一移出管式炉并自然冷却至室温得到MoxWySz合金薄膜。
所述限域倾斜CVD法中的NaCl能够促进MoS2和WS2的融合，从而生长富含缺陷(主要是硫空位缺陷)的过渡金属硫化物MoxWySz合金薄膜，该薄膜中的缺陷可以束缚光生载流子，从而阻碍光生载流子的复合。
上述的光电探测器1的制备方法，包括如下步骤：
步骤A提供Si/SiO2前驱体衬底和生长衬底；
步骤B以限域倾斜CVD法制备MoxWySz合金薄膜；其中，步骤B即为上述的限域倾斜CVD法制备MoxWySz合金薄膜的制备方法；
步骤C在MoxWySz合金薄膜上制备电极层13。
本发明还提供一种具有记忆功能的运算处理器，包括上述的光电探测器1和比较器模块2。
优选的，所述比较器模块2包括电压比较器21、电阻22和跨阻放大器23。
优选的，运算处理器为图像逻辑运算处理器。
所述电极层13的材料优选为Ti/Au，厚度为5nm/50nm。
上述的具有记忆功能的运算处理器的制备方法，包括如下步骤：
步骤1：提供前驱体衬底和生长衬底；
步骤2：将WO3和NaCl按比例混合，均匀放在前驱体衬底上，并将衬底放置于石英舟一内；
步骤3：将MoO3和NaOH放置前驱体衬底的前端；
步骤4：将生长衬底正面朝下并倾斜放置于前驱体衬底上方；
步骤5：将硫粉放在另一石英舟二内，并将石英舟二置于管式炉上游；
步骤6：在使用Ar气体清洗后，将管式炉设为常压状态；
步骤7：在Ar(45sccm)气氛下，使管式炉加热中心在15分钟内升至750℃-800℃，并保持5分钟；当温度升至670℃-700℃时，将硫粉加热至220℃；
步骤8：在Ar(45sccm)/H2(45sccm/5sccm)气氛下，使加热中心在5分钟内升至875℃，并保持5分钟；
步骤9：将石英舟一移出管式炉并自然冷却至室温，制备出MoxWySz合金薄膜；
步骤10：将样品从石英舟一中取出，采用电子束沉积和标准光刻工艺在MoxWySz合金薄膜表面制备电极层13，制备出光电探测器1；
步骤11：将所述光电探测器1依次连接跨阻放大器23、电压比较器21和电阻22；
步骤12：得到具有记忆功能的运算处理器。
其中步骤1到步骤10即为光电探测器1的制备方法，即对步骤A至步骤C的细化。
在本发明实施例中，所述电压比较器21为市场通用的一般电压比较器21，其参考电压Vref为预设的电压值；所述电阻22阻值为50KΩ～80KΩ；所述跨阻放大器23可以将光电探测器1的电流信号放大并转化为电压信号，放大比例A为109。
本发明实施例提供的运算处理器单元，优选的为图像逻辑运算处理器单元，包括光电探测器1，比较器模块2。所述光电探测器1由下到上依次包括衬底层11和光响应层12，其中，所述光响应层12为富含缺陷的过渡金属硫化物MoxWySz合金薄膜；所述光响应层12上设置电极层13；所述比较器模块2包括电压比较器21，电阻22和跨阻放大器23；这样，利用富含缺陷的过渡金属硫化物MoxWySz合金薄膜，使得光电探测器1可以对依次输入的两个光信号产生响应，并具有持续光电导效应，从而使光电探测器1具有记忆功能，且通过比较器模块2对光电探测器1的输出电流信号放大转化为电压信号，并与预设电压的比较，可以执行逻辑运算功能。因此，使得所述光电探测器1和比较器模块2的连接可以形成一种具有记忆功能的图像逻辑运算处理器单元。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清除、完整的描述。
实施例1
本实施例提供一种光电探测器1，如图1所示，所述光电探测器1由下到上依次包括衬底层11、光响应层12；其中，所述光响应层12为富含缺陷的过渡金属硫化物MoxW1-xS2合金薄膜；所述光响应层12上设置电极层13。
这里，所述衬底层11的材料为具有氧化硅层的硅片。
所述电极层13的材料为Ti/Au，厚度为5nm/50nm。
所述光电探测器1的制备过程为：
步骤1：提供Si/SiO2前驱体衬底和Si/SiO2生长衬底；
步骤2：将WO3和NaCl按照10:1的比例混合，均匀放在前驱体衬底上，并将衬底放置于1英寸的石英舟一内；
步骤3：将质量为WO3一半的MoO3和微量NaOH放置前驱体衬底的前端；
步骤4：将Si/SiO2生长衬底正面朝下并倾斜放置于前驱体衬底上方；
步骤5：将0.5g硫粉放在另一石英舟二内，并将石英舟置于CVD管式炉上游；
步骤6：在使用Ar气体清洗3次后，将管式炉设为常压状态；
步骤7：在Ar气氛下，使管式炉加热中心在15分钟内升至750℃，并保持5分钟；当温度升至670℃时，将硫粉加热至220℃；
步骤8：在Ar/H2气氛下，使加热中心在5分钟内升至875℃，并保持5分钟；
步骤9：将石英舟移出管式炉并自然冷却至室温，制备出MoxW1-xS2合金薄膜；
步骤10：将样品从石英舟中取出，采用电子束沉积和标准光刻工艺在MoxW1-xS2合金薄膜制备电极层13，制备出光电探测器1。
实施例2
本实施例提供一种具有记忆功能的图像逻辑运算处理器单元，如图1所示，包括光电探测器1和比较器模块2，其中，所述光电探测器1由下到上依次包括衬底层11、光响应层12；其中，所述光响应层12为富含缺陷的过渡金属硫化物MoxW1-xS2合金薄膜；所述光响应层12上设置电极层13。所述比较器模块2包括电压比较器21、电阻22和跨阻放大器23。
这里，所述衬底层11的材料一般为具有氧化硅层的硅片。
所述电极层13的材料为Ti/Au，厚度为5nm/50nm。
所述电压比较器21为市场通用的一般电压比较器21，其参考电压Vref为预设的电压值Ref 1或Ref 2(图2)；所述电阻22阻值为50KΩ～80KΩ；所述跨阻放大器23可以将光电探测器1的电流信号放大并转化为电压信号，放大比例A为109。
所述光响应层12的材料为富含缺陷的过渡金属硫化物MoxW1-xS2合金薄膜，厚度为20～40nm。该薄膜中富含的缺陷(主要是硫空位缺陷)，能够束缚光生载流子，当光照结束后，电流分为快速下降过程和缓慢下降过程，快速下降过程是由于未被束缚的光生载流子的复合和被束缚的光生载流子的迅速复合过程导致的，而缓慢下降过程是由于被束缚的光生载流子缓慢的解束缚过程。这使得光电探测器1具有持续光电导效应，从而具有记忆性，能够对运算结果进行原位存储。
所述光响应层12的生长方法为限域倾斜CVD法，这种方法中的NaCl能够促进MoS2和WS2的融合，从而生长富含缺陷(主要是硫空位缺陷)的过渡金属硫化物MoxW1-xS2合金薄膜，该薄膜中的缺陷可以束缚光生载流子，从而阻碍光生载流子的复合，使得光电探测器1具有持续光电导效应，从而产生记忆性。
具体地，所述限域倾斜CVD法包括：
将WO3和NaCl按照10:1的比例混合，均匀放在前驱体衬底上，并将衬底放置于1英寸的石英舟内；
将质量为WO3一半的MoO3和微量NaOH放置前驱体衬底的前端；
将Si/SiO2生长衬底正面朝下并倾斜放置于前驱体衬底上方，从而达到限域作用；
将0.5～0.8g硫粉放在另一石英舟内，并将石英舟置于CVD管式炉上游；
在使用Ar气体清洗3次后，将管式炉设为常压状态；
在Ar气氛下，使管式炉加热中心在15分钟内升至750℃～800℃，并保持5分钟；当温度升至670℃～700℃时，将硫粉加热至220℃；
在Ar/H2气氛下，使加热中心在5分钟内升至875℃，并保持5分钟；
将石英舟移出管式炉并自然冷却至室温。
实施例3
本实施例的具有记忆功能的图像逻辑运算处理器单元的制备方法为：
步骤1：提供Si/SiO2前驱体衬底和生长衬底；
步骤2：将WO3和NaCl按照10:1的比例混合，均匀放在前驱体衬底上，并将衬底放置于1英寸的石英舟一内；
步骤3：将质量为WO3一半的MoO3和微量NaOH放置前驱体衬底的前端；
步骤4：将Si/SiO2生长衬底正面朝下并倾斜放置于前驱体衬底上方；
步骤5：将0.5g硫粉放在另一石英舟二内，并将石英舟置于CVD管式炉上游；
步骤6：在使用Ar气体清洗3次后，将管式炉设为常压状态；
步骤7：在Ar气氛下，使管式炉加热中心在15分钟内升至750℃，并保持5分钟；当温度升至670℃时，将硫粉加热至220℃；
步骤8：在Ar/H2气氛下，使加热中心在5分钟内升至875℃，并保持5分钟；
步骤9：将石英舟移出管式炉并自然冷却至室温，制备出MoxW1-xS2合金薄膜；
步骤10：将样品从石英舟一中取出，采用电子束沉积和标准光刻工艺在MoxW1-xS2合金薄膜制备电极层13，制备出光电探测器1；
步骤11：将所述光电探测器1依次连接跨阻放大器23、电压比较器21和电阻22；
步骤12：得到具有记忆功能的图像逻辑运算处理器单元。
实施例4
对比于实施例三，本实施例四中在步骤5中参数设置进行修改，具体地，将0.7g硫粉放在另一石英舟二内，并将石英舟二置于CVD管式炉上游。
实施例5
对比于实施例三，本实施例五中在步骤7中参数设置进行修改，具体地，在Ar气氛下，使管式炉加热中心在15分钟内升至770℃，并保持5分钟；当温度升至690℃时，将硫粉加热至220℃。
实施例6
对比于实施例三，本实施例六中在步骤7中参数设置进行修改，具体地，在Ar气氛下，使管式炉加热中心在15分钟内升至800℃，并保持5分钟；当温度升至700℃时，将硫粉加热至220℃。
实施例7
对实施例三至六中所得具有记忆功能的图像逻辑运算处理器单元进行测试，依次输入两个光信号。具体地，将使用405nm的激光器对光电探测器1进行0.35s的光照设定为输入“1”，将无光照设定为输入“0”。首先，进行0.35s的光照，在间隔1.8s后，再次进行0.35s的光照，这相当于输入信号序列(1，1)。将比较器的参考电压设为Ref 1，通过电路仿真软件仿真结果显示，图像逻辑运算处理器单元输出2.5V电压，这相当于输出信号“1”，此结果表明完成了对输入信号(1，1)的逻辑“与”运算。将比较器的参考电压设为Ref 2，通过电路仿真软件仿真结果显示，图像逻辑运算处理器单元输出0V电压，这相当于输出信号“0”。此结果表明完成了对输入信号(1，1)的逻辑“或”运算。
实施例8
对实施例三至六中所得具有记忆功能的图像逻辑运算处理器单元进行测试，依次输入两个光信号。具体地，将使用405nm的激光器对光电探测器1进行0.35s的光照设定为输入“1”，将无光照设定为输入“0”。首先，进行0.35s的光照，在间隔1.8s后，进行0.35s的无光照操作，这相当于输入信号序列(1，0)。将比较器的参考电压设为Ref 1，通过电路仿真软件仿真结果显示，图像逻辑运算处理器单元输出0V电压，这相当于输出信号“0”。此结果表明完成了对输入信号(1，0)的逻辑“与”运算。将比较器的参考电压设为Ref 2，通过电路仿真软件仿真结果显示，图像逻辑运算处理器单元输出2.5V电压，这相当于输出信号“1”。此结果表明完成了对输入信号(1，0)的逻辑“或”运算。
实施例9
对实施例三至六中所得具有记忆功能的图像逻辑运算处理器单元进行测试，依次输入两个光信号。具体地，将使用405nm的激光器对光电探测器1进行0.35s的光照设定为输入“1”，将无光照设定为输入“0”。首先，进行0.35s的无光照操作，在间隔1.8s后，进行0.35s的光照操作，这相当于输入信号序列(0，1)。将比较器的参考电压设为Ref 1，通过电路仿真软件仿真结果显示，图像逻辑运算处理器单元输出0V电压，这相当于输出信号“0”。此结果表明完成了对输入信号(0，1)的逻辑“与”运算。将比较器的参考电压设为Ref 2，通过电路仿真软件仿真结果显示，图像逻辑运算处理器单元输出2.5V电压，这相当于输出信号“1”。此结果表明完成了对输入信号(0，1)的逻辑“或”运算。
实施例10
对实施例三至六中所得具有记忆功能的图像逻辑运算处理器单元进行测试，依次输入两个光信号。具体地，将使用405nm的激光器对光电探测器1进行0.35s的光照设定为输入“1”，将无光照设定为输入“0”。首先，进行0.35s的无光照操作，在间隔1.8s后，再进行0.35s的无光照操作，这相当于输入信号序列(0，0)。将比较器的参考电压设为Ref 1，通过电路仿真软件仿真结果显示，图像逻辑运算处理器单元输出0V电压，这相当于输出信号“0”。此结果表明完成了对输入信号(0，0)的逻辑“与”运算。将比较器的参考电压设为Ref2，通过电路仿真软件仿真结果显示，图像逻辑运算处理器单元输出0V电压，这相当于输出信号“0”。此结果表明完成了对输入信号(0，0)的逻辑“或”运算。
实施例7至实施例10均完成了多种输入信号的逻辑运算，从而使图像逻辑运算处理器单元具有了记忆功能，极大的拓展了图像逻辑运算处理器单元的功能。
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。
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 (8)
1.一种光电探测器，其特征在于：从下到上依次包括衬底层、光响应层、电极层；所述光响应层为富含缺陷的MoxW1-xS2合金薄膜；所述MoxW1-xS2合金薄膜以限域倾斜CVD法制备, 这种方法中的NaCl能促进硫化物的生成，促进MoS2和WS2的融合，所述限域倾斜CVD法包括如下步骤：
S1将钨源和NaCl按比例混合，均匀放在前驱体衬底上，并将前驱体衬底放置于石英舟一内；
S2 将钼源和NaOH放置在前驱体衬底的前端；
S3 将Si/SiO2生长衬底正面朝下并倾斜放置于前驱体衬底正上方；
S4将硫粉放在另一石英舟二内，并将石英舟二置于管式炉上游；
S5使用Ar气体清洗管式炉后，将管式炉设为常压状态；
S6在Ar气氛下，使管式炉加热中心以50℃/min的速度升至750℃~800℃，并保持5分钟；当温度升至670℃~700℃时，将硫粉加热至220℃；
S7在Ar/H2气氛下，使加热中心以25℃/min的速度升至850℃~875℃，并保持5分钟；
S8 将石英舟一移出管式炉并自然冷却至室温得到MoxW1-xS2合金薄膜。
2.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于：所述衬底层为Si/SiO2。
3.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于：所述电极层为Ti/Au。
4.基于权利要求1所述的光电探测器的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤A 提供Si/SiO2前驱体衬底和生长衬底；
步骤B以限域倾斜CVD法制备MoxW1-xS2合金薄膜；
步骤C 在MoxW1-xS2合金薄膜上制备电极层。
5.一种具有记忆功能的运算处理器，其特征在于：包括如权利要求1所述的光电探测器和比较器模块。
6.根据权利要求5所述的具有记忆功能的运算处理器，其特征在于：所述比较器模块包括电压比较器、电阻和跨阻放大器。
7.根据权利要求5所述的具有记忆功能的运算处理器，其特征在于：运算处理器为图像逻辑运算处理器。
8.基于权利要求6所述的具有记忆功能的运算处理器的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：提供前驱体衬底和生长衬底；
步骤2：将WO3和NaCl按比例混合，均匀放在前驱体衬底上，并将衬底放置于石英舟一内；
步骤3：将MoO3和NaOH放置前驱体衬底的前端；
步骤4：将生长衬底正面朝下并倾斜放置于前驱体衬底上方；
步骤5：将硫粉放在另一石英舟二内，并将石英舟二置于管式炉上游；
步骤6：在使用Ar气体清洗后，将管式炉设为常压状态；
步骤7：在Ar气氛下，使管式炉加热中心在15分钟内升至750℃-800℃，并保持5分钟；当温度升至670℃-700℃时，将硫粉加热至220℃；
步骤8：在Ar/H2气氛下，使加热中心在5分钟内升至850℃~875℃，并保持5分钟；
步骤9：将石英舟一移出管式炉并自然冷却至室温，制备出MoxW1-xS2合金薄膜；
步骤10：将样品从石英舟一中取出，采用电子束沉积和标准光刻工艺在MoxW1-xS2合金薄膜表面制备电极层，制备出光电探测器；
步骤11：将所述光电探测器依次连接跨阻放大器、电压比较器和电阻；
步骤12：得到具有记忆功能的运算处理器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110740607.3A CN113471323B (zh) | 2021-06-30 | 2021-06-30 | 一种光电探测器、具有记忆功能的运算处理器及制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110740607.3A CN113471323B (zh) | 2021-06-30 | 2021-06-30 | 一种光电探测器、具有记忆功能的运算处理器及制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113471323A CN113471323A (zh) | 2021-10-01 |
| CN113471323B true CN113471323B (zh) | 2023-07-25 |
Family
ID=77876723
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110740607.3A Active CN113471323B (zh) | 2021-06-30 | 2021-06-30 | 一种光电探测器、具有记忆功能的运算处理器及制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113471323B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114551625A (zh) * | 2022-02-21 | 2022-05-27 | 电子科技大学 | 一种激光阵列刻蚀ws2晶体的快速响应光导型探测器和制备方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0102204A1 (en) * | 1982-08-04 | 1984-03-07 | Exxon Research And Engineering Company | An optically enhanced photovoltaic device |
| AU2009200640A1 (en) * | 2009-02-18 | 2010-09-02 | General Electric Company | Absorber layer for thin film photovoltaics and a solar cell made therefrom |
| CN109873046A (zh) * | 2019-01-28 | 2019-06-11 | 电子科技大学 | 双异质结光敏二极管及制备方法 |
| CN110289334A (zh) * | 2019-07-02 | 2019-09-27 | 电子科技大学 | 一种光电探测器 |
| CN111850556A (zh) * | 2020-07-08 | 2020-10-30 | 华东师范大学 | 基于二维硒化钴薄膜的室温宽光谱光电探测器及制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20120318361A1 (en) * | 2011-06-20 | 2012-12-20 | Alliance For Sustainable Energy, Llc | Manufacturing thin films with chalcogen species with independent control over doping and bandgaps |
-
2021
- 2021-06-30 CN CN202110740607.3A patent/CN113471323B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0102204A1 (en) * | 1982-08-04 | 1984-03-07 | Exxon Research And Engineering Company | An optically enhanced photovoltaic device |
| AU2009200640A1 (en) * | 2009-02-18 | 2010-09-02 | General Electric Company | Absorber layer for thin film photovoltaics and a solar cell made therefrom |
| CN109873046A (zh) * | 2019-01-28 | 2019-06-11 | 电子科技大学 | 双异质结光敏二极管及制备方法 |
| CN110289334A (zh) * | 2019-07-02 | 2019-09-27 | 电子科技大学 | 一种光电探测器 |
| CN111850556A (zh) * | 2020-07-08 | 2020-10-30 | 华东师范大学 | 基于二维硒化钴薄膜的室温宽光谱光电探测器及制备方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| "Composition-Graded MoWSx Hybrids with Tailored Catalytic Activity by Bipolar Electrochemistry";Shu Min Tan et al.;《Applied materials & interfaces》;20171127;全文 * |
| "One-Step Growth of Spatially Graded Mo1–xWxS2 Monolayers with a Wide Span in Composition (from x = 0 to 1) at a Large Scale";Ruilong Yang et al.;《Applied Materials & interfaces》;20190523;全文 * |
| "Synthesis of Mos2/ws2Vertical Heterostructure and Its Photoelectric Properties";Xin Lin et al.;《2020 China Semiconductor Technology International Conference (CSTIC)》;20200717;全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113471323A (zh) | 2021-10-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kalita et al. | Artificial neuron using vertical MoS2/graphene threshold switching memristors | |
| CN113471323B (zh) | 一种光电探测器、具有记忆功能的运算处理器及制备方法 | |
| CN110257800B (zh) | 一种过渡金属硫族化合物薄层材料及其制备方法和应用 | |
| CN105428384B (zh) | 一种图形传感器及其制造方法 | |
| Butler | Photoelectrochemical imaging | |
| JP2005519780A5 (zh) | ||
| Zacharias et al. | ZnO nanowire arrays–pattern generation, growth and applications | |
| TWI303941B (en) | Photo diode fuse-id for cmos imagers | |
| US5702849A (en) | Mask for transferring a pattern for use in a semiconductor device and method of manufacturing the same | |
| JPS62115166A (ja) | 光マスクとその製造方法 | |
| CN1170274C (zh) | 光信息记录设备 | |
| CN109850873A (zh) | 一种单壁碳纳米管分子内结的制备方法 | |
| CN109713094A (zh) | 一种单光子光源的制备方法及元器件 | |
| Abshire et al. | Confession session: Learning from others mistakes | |
| JP3086490B2 (ja) | 微粒子分散ガラスの製造方法 | |
| JP3830392B2 (ja) | 光強度測定装置及び光強度測定方法 | |
| KR102527444B1 (ko) | 웨이퍼 또는 단결정 잉곳의 품질평가 방법 및 장치 | |
| JP6942498B2 (ja) | 撮像装置 | |
| Ovartchaiyapong | Simulation of optimal photonic nanopillar design for solid-state quantum emitter in diamond | |
| CN101431328B (zh) | 非门逻辑电路及其形成方法 | |
| JPH02230171A (ja) | 階調を表現する電子写真方法 | |
| Goncharova et al. | Ion Beam Modification for Si Photonics | |
| CN101728271A (zh) | 一种制作顶栅氧化锌纳米线场效应晶体管的方法 | |
| JPH05275431A (ja) | シリコンウェーハのｉｇ熱処理方法 | |
| JP2003113198A (ja) | コバルト−タンパク質複合体の作製方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |