CN113990979A - 一种光探测-光存储一体器件 - Google Patents
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Abstract
一种光探测‑光存储一体器件，涉及光电探测器技术领域。其中，所述器件结构从下至上依次包括：衬底、第一绝缘层、光吸收层、电极。其中衬底是由导电层/第二绝缘层组成的双层结构，光吸收层为二维材料，第一绝缘层为二维绝缘材料。通过这样的器件结构和材料选择我们在单一器件中同时实现了光探测和光存储功能。
Description
技术领域：
本发明涉及光电探测器技术领域，具体来说是一种光探测-光存储一体器件。
背景技术：
光电探测器是未来数字生活中的重要角色。光电探测器的原理是由辐射引起被照射光敏材料电导率发生改变，从而获得一个光电流来实现光的探测。目前大多数报道的光电探测器仅仅只能做到对某个波段光的探测，在光照撤去后光吸收材料的电导率恢复，虽然现在已经发明的很多光电探测器在光响应方面已经取得了很好的效果，但却不能做到对所探测到的光进行长期记忆。这些仅具有光电子转换功能的光电探测器不能满足单一器件中日益增长的多功能需求，这限制了它们在下一代光电子学中的应用。因此设计一种既能探测光又能存储光的光电探测器具有重要的意义与应用价值。
发明内容：
为了解决目前技术中存在的不足，本申请的技术方案是这样实现的：
本发明提供了一种光探测-光存储一体器件。
所述器件结构从下至上依次包括：衬底、第一绝缘层、光吸收层、电极。
上述方案中，衬底是由导电层/第二绝缘层组成的双层结构，导电层位于第二绝缘层下面；导电层如高掺硅，第二绝缘层如二氧化硅。
上述方案中，第一绝缘材料为二维绝缘材料；如少层六方氮化硼，如10-20nm厚的六方氮化硼；
上述方案中，光吸收层为二维光敏材料；光吸收层如二维WSe2，为少层的WSe2，如3-10nm厚的WSe2；
上述方案中，器件工作时需要通过导电层/第二绝缘层给器件提供一个背栅电压。
工作方式：
(1)在光照时该器件需要背栅电极提供一个正或负的栅电压作为写入电压。
(2)光照时加入一个正(负)的写入电压，光吸收层通道中产生光诱导的电子-空穴对，在正(负)的栅极电压的吸引下，这些激发的电子(空穴)会穿过第一绝缘材料层；
(3)移除光照后这些被诱导的电子(空穴)仍然可以存储在第一绝缘材料层内和第一绝缘材料/第二绝缘层界面中，在光吸收层通道中静电诱导相反的电荷，实现对光吸收层导电沟道的长期调控；当光强不同时，被光电诱导然后存储的电子(空穴)数量自然也不同，对导电沟道调控效果也不同，在相同源漏电压和背栅电压下器件可以获得的源漏电流也不同，实现对不同光强的探测。
附图说明：
图1为本技术方案所述器件结构示意图。
图2为实验案例所用器件初始状态示意图。
图3为实验案例所用器件工作状态示意图。
图4为光探测时加入负的写入电压电荷捕获示意图。
图5移除光照和负的写入电压后电荷存储情况示意图。
图6为光探测时加入正的写入电压电荷捕获示意图。
图7移除光照和正的写入电压后电荷的存储情况示意图。
图8为移除光照后器件转移特性曲线。
具体实施方式：
为了更清晰的了解我们的器件结构和器件是如何工作，下面结合附图，介绍一个具体案例：制备本发明所述结构光探测-光存储一体器件实现对275nm紫外光的探测。
(1)机械剥离的少层硒化钨(3nm厚)和六方氮化硼薄片(12nm厚)通过干法转移技术垂直堆叠在氧等离子体清洗的Si/SiO2衬底上，然后进行随后的标准光刻和电子束沉积来制备Ti/Au电极，器件初始状态如附图二所示。SiO2作为背栅电极既可以在光探测时提供写入电压实现对电荷的存储，也可以在光电流读取时提供背栅电压调控WSe2导电沟道。
(2)如附图三所示，在光照时该器件需要背栅电极提供一个正或负的栅电压作为写入电压。
(3)如附图四和六所示，光照时加入一个正(负)的写入电压，WSe2通道中产生光诱导的电子-空穴对，在正(负)的栅极电压的吸引下，这些激发的电子(空穴)会穿过h-BN层。
(4)如附图五和七所示，移除光照后这些被诱导的电子(空穴)仍然可以存储在h-BN层内和h-BN/SiO2界面中，在WSe2通道中静电诱导相反的电荷，实现对WSe2导电沟道的长期调控，当光强不同时，被光电诱导然后存储的电子(空穴)数量自然也不同，对导电沟道调控效果也不同，在相同源漏电压和背栅电压下器件可以获得的源漏电流也不同，实现对不同光强的探测。
(5)本实验案例中我们在275nm的光照时加入-60V的栅压作为写入电压，在移除光照后，我们分别测试了在光照移除时，光照移除30分钟后，光照移除60分钟后器件的转移特性曲线,实验中所用源漏电压为1V。如附图八所示转移特性曲线，可以看出在移除光照60分钟后器件在40V的栅压下仍可以获得0.25微安以上的显著源漏电流。同一栅压下的源漏电流随着时间推移下降变得缓慢，说明光照对器件电导率调控可以保持很久，表明该器件具有较好的光存储功能。
Claims (6)
1.一种光探测-光存储一体器件，其特征在于，所述器件结构从下至上依次包括：衬底、第一绝缘层、光吸收层、电极；
上述方案中，衬底是由导电层/第二绝缘层组成的双层结构，导电层位于第二绝缘层下面。
2.按照权利要求1所述的一种光探测-光存储一体器件，其特征在于，导电层选自高掺硅，第二绝缘层为二氧化硅。
3.按照权利要求1所述的一种光探测-光存储一体器件，其特征在于，第一绝缘材料为二维绝缘材料，如少层六方氮化硼，如10-20nm厚的六方氮化硼。
4.按照权利要求1所述的一种光探测-光存储一体器件，其特征在于，光吸收层为二维光敏材料；如二维WSe2，如少层的WSe2，3-10nm厚的WSe2。
5.按照权利要求1所述的一种光探测-光存储一体器件，其特征在于，器件工作时通过导电层/第二绝缘层给器件提供一个背栅电压。
6.按照权利要求1所述的一种光探测-光存储一体器件，其特征在于，工作方式包括如下：
(1)在光照时该器件需要背栅电极提供一个正或负的栅电压作为写入电压；
(2)光照时加入一个正(负)的写入电压，光吸收层通道中产生光诱导的电子-空穴对，在正(负)的栅极电压的吸引下，这些激发的电子(空穴)会穿过第一绝缘材料层；
(3)移除光照后这些被诱导的电子(空穴)仍然可以存储在第一绝缘材料层内和第一绝缘材料/第二绝缘层界面中，在光吸收层通道中静电诱导相反的电荷，实现对光吸收层导电沟道的长期调控；当光强不同时，被光电诱导然后存储的电子(空穴)数量自然也不同，对导电沟道调控效果也不同，在相同源漏电压和背栅电压下器件可以获得的源漏电流也不同，实现对不同光强的探测。
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