CN117238929A - 低功耗全波段光通信芯片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种低功耗全波段光通信芯片及其制备方法，该芯片包括：硅基底，设置于硅基底上的绝缘层，设置于绝缘层上的感光结构和成像结构，感光结构包括：在绝缘层上呈间隔设置的远红外光感光阵列、红外光感光阵列、紫外光感光阵列和可见光感光阵列；本申请结构设计新颖，巧妙地将全波段的光响应单元全部集成在一个芯片上，单个器件即可实现全波段的光响应，体积小，应用场合广泛；整个芯片的结构基于有机电化学晶体管结构，具有低成本、低能耗和高灵敏度的优点，而且整个芯片的制备工艺采用成熟的MEMS工艺即可实现，更加降低了制作成本。
Description
技术领域
本申请涉及光学信号处理分析的技术领域，具体涉及一种低功耗全波段光通信芯片及其制备方法。
背景技术
传统的水下通信方式一般有以下几种：有线通信、射频信号通信、声波通信，它们由于存在成本高、传输距离受限、传输速度有限等一系列问题，所以并不适合现代的通信。而光通信因其通信速率较高、成本较低、保密性好、稳定性高等特性，已逐渐成为现代水下通信的主流手段。而且光通信相较于现有的通信技术，具有频谱可自由使用、不需要授权、可适用于高速通信技术、具有很高的安全性和保密性等优点。
现阶段的大多数水下光通信的研究大都是基于仿真设计、信号处理方面的研究，针对于微结构方面的研究几乎是一片空白；而且，现阶段的大多数光通信都是单色光通信，并不能全波段覆盖，应用场合十分局限，安全性和稳定性也较低；此外，现阶段的光通信器件普遍都体积较大、功耗较高、续航时间较短、成本较高，不仅限制了其应用场景，也不符合未来行业发展的绿色、环保需求。
发明内容
为了解决上述技术缺陷之一，本申请实施例中提供了一种结构新颖、体积较小、功耗较低、成本较低、能响应全波段光谱的低功耗全波段光通信芯片。
根据本申请实施例的第一个方面，提供了一种低功耗全波段光通信芯片，包括：硅基底；绝缘层：设置于所述硅基底上；感光结构：设置于所述绝缘层上；所述感光结构包括：在所述绝缘层上呈间隔设置的远红外光感光阵列、红外光感光阵列、紫外光感光阵列和可见光感光阵列。
优选地，所述感光结构中的每一个感光阵列，均包括：第一电极层：包括多对第一电极对；多对第一电极对在所述绝缘层上呈间隔设置，且每一对第一电极对均包括一个源电极和一个漏电极；在每一对相对应的源电极和漏电极之间，均具有一条第一半导体沟道；在每一条第一半导体沟道中，均具有第一沟道材料；栅极电解质层：包括多个电解质材料；多个电解质材料分别对应设置于每一个第一半导体沟道的上方，且均与对应的第一半导体沟道两侧的源电极和漏电极、以及对应的第一半导体沟道中的第一沟道材料相接触；感光层：包括多个感光材料；多个感光材料分别对应设置于每一个电解质材料的上方。
优选地，所述芯片还包括：成像结构：设置于所述绝缘层上；所述成像结构包括：在所述绝缘层上与所有感光阵列呈间隔设置的成像阵列。
优选地，所述成像阵列，包括：第二电极层：包括多对第二电极对；多对第二电极对在所述绝缘层上呈间隔设置，且每一对第二电极对均包括一个第一输入电极、一个输出电极和一个第二输入电极；在每一对相对应的第一输入电极和输出电极之间，均具有一条第二半导体沟道；在每一条第二半导体沟道中，均具有第二沟道材料；在每一对相对应的第二输入电极和输出电极之间，均具有一条第三半导体沟道；在每一条第三半导体沟道中，均具有第三沟道材料。
优选地，所述绝缘层的制作材料为SiO2，厚度为500nm；所述第一电极对的制作材料为Au，厚度为100nm；所述第一半导体沟道的长为30µm，宽为300µm；所述第一沟道材料为有机材料PEDOT：PSS；所述电解质材料为水凝胶，每一块水凝胶的尺寸均为1mm×1mm；所述感光结构中的每一感光材料的尺寸大小均为3mm×3mm，其中：远红外光感光阵列中的感光材料为Ge；红外光感光阵列中的感光材料为GaAs；紫外光感光阵列中的感光材料为ZnO；可见光感光阵列中的感光材料为CsPbBr3。
优选地，每一个感光阵列中，在对应的每一个电解质材料和感光材料之间，均设有一个用于承载对应感光材料的承载层；所述承载层为ITO玻璃，尺寸大小为3mm×3mm。
优选地，所述第二电极对的制作材料为Au，厚度为100nm；所述第二半导体沟道和第三半导体沟道的长均为30µm，宽均为300µm；所述第二沟道材料和第三沟道材料为离子凝胶。
优选地，在每一个第一电极对与绝缘层之间、每一个第二电极对与绝缘层之间，均设有一个用于将对应电极对设置于绝缘层上的粘附层；所述粘附层的制作材料为Ti，厚度为5nm。
根据本申请实施例的第二个方面，提供了一种低功耗全波段光通信芯片的制备方法，包括：提供硅基底；采用电子束蒸发工艺，在硅基底上设置一层SiO2，以形成绝缘层；在绝缘层上制备感光结构，具体包括：采用磁控溅射工艺，先在绝缘层上设置一层Ti、以形成粘附层，然后在Ti层上设置一层Au、以形成第一电极层；采用光刻工艺和剥离工艺，在第一电极层上形成所有第一电极对中的源电极、漏电极以及第一半导体沟道；采用光刻工艺和旋涂工艺，在所有第一半导体沟道中设置有机材料PEDOT：PSS，以形成第一沟道材料；在每一个第一半导体沟道上方均分别设置一块水凝胶作为电解质材料，以形成栅极电解质层；在每一个电解质材料上方均分别设置对应的感光材料，以形成感光层。
优选地，在绝缘层上制备成像结构，具体包括：采用磁控溅射工艺，先在绝缘层上设置一层Ti、以形成粘附层，然后在Ti层上设置一层Au、以形成第二电极层；采用光刻工艺和剥离工艺，在第二电极层上形成所有第二电极对中的第一输入电极、输出电极、第二输入电极以及第二半导体沟道、第三半导体沟道；采用光刻工艺和旋涂工艺，在所有第二半导体沟道、第三半导体沟道中设置离子凝胶，以形成第二沟道材料、第三沟道材料。
本申请实施例中提供的低功耗全波段光通信芯片，结构设计新颖，巧妙地将全波段的光响应单元全部集成在一个芯片上，单个器件即可实现全波段的光响应，体积小，应用场合广泛；整个芯片的结构基于有机电化学晶体管结构，具有低成本、低能耗和高灵敏度的优点，而且整个芯片的制备工艺采用成熟的MEMS工艺即可实现，更加降低了制作成本。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所指出的内容来实现和获得。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本申请实施例一提供的低功耗全波段光通信芯片的结构示意图；
图2为图1中感光结构30中单个感光阵列的结构示意图；
图3为图1中成像结构40的结构示意图；
图4为本申请实施例三提供的低功耗全波段光通信芯片的制备流程图。
图中：10-硅基底，20-绝缘层，30-感光结构，40-成像结构，301-远红外光感光阵列，302-红外光感光阵列，303-紫外光感光阵列，304-可见光感光阵列，311-第一电极层，312-栅极电解质层，313-感光层，315-粘附层，3111-源电极，3112-漏电极，3113-第一半导体沟道，3114-第一沟道材料，401-第二电极层，4011-第一输入电极，4012-输出电极，4013-第二输入电极，4014-第二半导体沟道，4015-第二沟道材料，4016-第三半导体沟道，4017-第三沟道材料。
具体实施方式
为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
针对现阶段存在的问题，本申请实施例一中提供了一种低功耗全波段光通信芯片，如图1~4中所示，该光通信芯片可包括：
硅基底10。
绝缘层20：设置于硅基底10上。
感光结构30：设置于绝缘层20上。
感光结构30可包括：在绝缘层20上呈间隔设置的远红外光感光阵列301、红外光感光阵列302、紫外光感光阵列303和可见光感光阵列304。
进一步地，感光结构30中的每一个感光阵列，均可包括：
第一电极层311：包括多对第一电极对；多对第一电极对在绝缘层20上呈间隔设置，且每一对第一电极对均包括一个源电极3111和一个漏电极3112；在每一对相对应的源电极3111和漏电极3112之间，均具有一条第一半导体沟道3113；在每一条第一半导体沟道3113中，均具有第一沟道材料3114。
栅极电解质层312：包括多个电解质材料；多个电解质材料分别对应设置于每一个第一半导体沟道3113的上方，且均与对应的第一半导体沟道3113两侧的源电极3111和漏电极3112、以及对应的第一半导体沟道3113中的第一沟道材料3114相接触。
感光层313：包括多个感光材料；多个感光材料分别对应设置于每一个电解质材料的上方。
也就是说：本申请实施例一中的感光结构30可包括多个感光阵列，每个感光阵列分别用于感不同波段的光，除了感光材料不同，每个感光阵列的结构都是相同的；感光阵列的具体结构包括：间隔设置在所述绝缘层20上的多对第一电极对，一对第一电极对主要由两个间隔设置的电极组成，其中一个为源电极3111、另一个为漏电极3112；在每一对第一电极对中，源电极3111和漏电极3112之间的间隔形成为一条第一半导体沟道3113；在每一个第一半导体沟道3113中均设有用于导通对应的源电极3111和漏电极3112的第一沟道材料3114；在每一个第一半导体沟道3113的上方，均设有电解质材料，每一电解质材料均与对应的第一半导体沟道3113两侧的源电极3111和漏电极3112、以及对应的第一半导体沟道3113中的第一沟道材料3114相接触；在每一电解质材料的上方，均设有感光材料，需要说明的是，某一感光阵列中的所有感光材料都是相同的，但是不同的感光阵列之间的感光材料是不同的。实际应用中，每一个感光阵列中的第一电极对的个数都是相同的，且每一个感光阵列的所有源电极3111均与一个外部微控芯片的接地端电气连接，每一个感光阵列的所有漏电极3112均与所述外部微控芯片的信号输入端电气连接。
进一步地，绝缘层20的制作材料可为SiO2，厚度可为300nm~600nm；第一电极对的制作材料可为Au，厚度可为50nm~150nm；第一半导体沟道3113的长可为20µm ~40µm，宽可为200µm ~400µm；第一沟道材料3114可为有机材料PEDOT：PSS；电解质材料可为水凝胶，每一块水凝胶的尺寸均可为1mm×1mm；感光结构30中的每一感光材料的尺寸大小均可为3mm×3mm，其中：远红外光感光阵列301中的感光材料可为Ge；红外光感光阵列302中的感光材料可为GaAs；紫外光感光阵列303中的感光材料可为ZnO；可见光感光阵列304中的感光材料可为CsPbBr3。
更进一步地，本实施例中的光通信芯片还可包括：
成像结构40：设置于所述绝缘层20上。
成像结构40可包括：在绝缘层20上与所有感光阵列呈间隔设置的成像阵列。
所述成像阵列，可包括：
第二电极层401：包括多对第二电极对；多对第二电极对在绝缘层20上呈间隔设置，且每一对第二电极对均包括一个第一输入电极4011、一个输出电极4012和一个第二输入电极4013。
在每一对相对应的第一输入电极4011和输出电极4012之间，均具有一条第二半导体沟道4014；在每一条第二半导体沟道4014中，均具有第二沟道材料4015。
在每一对相对应的第二输入电极4013和输出电极4012之间，均具有一条第三半导体沟道4016；在每一条第三半导体沟道4016中，均具有第三沟道材料4017。
也就是说：成像结构40包括一个成像阵列，该成像阵列用于成像输出所有感光阵列采集到的信号；成像阵列的具体结构包括：间隔设置在绝缘层20上的多对第二电极对，一对第二电极对主要由三个相互间隔设置的第一输入电极4011、输出电极4012和第二输入电极4013组成；在每一对第二电极对中，第一输入电极4011和输出电极4012之间的间隔形成为一条第二半导体沟道4014，第二输入电极4013和输出电极4012之间的间隔形成为一条第三半导体沟道4016；在每一个第二半导体沟道4014中均设有用于导通对应的第一输入电极4011和输出电极4012的第二沟道材料4015，在每一个第三半导体沟道4016中均设有用于导通对应的第二输入电极4013和输出电极4012的第三沟道材料4017。实际应用中，成像阵列中的所有第一输入电极4011、第二输入电极4013均与外部微控芯片的信号输出端电气连接，成像阵列中的所有输出电极4012均与外围电路的信号输入端电气连接；而且，成像阵列中的第二电极对的个数与一个感光阵列中的第一电极对的个数相同，且一个第二电极对一一对应成像输出一个第一电极对采集到的信号。
进一步地，第二电极对的制作材料可为Au，厚度可为50nm~150nm；第二半导体沟道4014和第三半导体沟道4016的长均可为30µm，宽均可为300µm；第二沟道材料4015和第三沟道材料4017可为离子凝胶。
进一步地，在每一个第一电极对与绝缘层20之间、每一个第二电极对与绝缘层20之间，均可设有一个用于将对应电极对设置于绝缘层20上的粘附层315；粘附层315的制作材料可为Ti，厚度可为5nm；粘附层315的设置，是为了提高各电极对在绝缘层20上的黏附性。
在实际应用中：
所有感光阵列和成像阵列的个数可以根据实际需求进行设定，只要能保证既能体积小型化、又能性能最优化即可；本申请实施例中的所有感光阵列和成像阵列均设定为4×4阵列；
经过不断的摸索和改进，当绝缘层20的厚度为500nm，第一电极对的厚度为100nm，第一半导体沟道3113的长为30µm、宽为300µm，第二电极对的厚度为100nm，第二半导体沟道4014和第三半导体沟道4016的长均为30µm、宽均为300µm时，整个芯片器件的性能是最优的；
需要说明的是，成像结构40既可以和感光结构30制作在一个芯片上，也可以单独制作在另一个芯片上；本实施例中的成像结构40和感光结构30是制作在一个芯片上的，这样既能够简化工艺，又能够缩小整个器件的体积，还降低了成本。
工作时：当感光层313受到相应波段的光照射时，其电子会受到激发，电势会发生变化，进而会影响芯片的第一半导体沟道3113的掺杂与脱掺杂，源电极3111和漏电极3112之间会产生一个源漏电流（受到第一半导体沟道3113的掺杂与脱掺杂的影响，源漏电流会相应地减少或增加），通过检测该源漏电流，即可得到光源信号。产生的源漏电流被外部微控芯片采集并处理，当源漏电流与之前的源漏电流相比减少时（绝对电流ΔI变化n，成像阵列施加n段训练脉冲），外部微控芯片会施加相应比例的电压给成像阵列的ENT+（第一输入电极4011），当源漏电流与之前源漏电流相比增加时，微控制器会施加相应比例的电压给成像阵列的ENT-（第二输入电极4013），成像阵列接收到实时的光源信号，其每个像素点的电导会发生变化，进而实时成像。
实际应用中，外部的微控制器有四个控制模式按钮，分别是远红外光设定（用深红外光探测）、红外光设定（用红外光探测）、可见光设定（用可见光探测）、紫外光设定（用紫外光探测）。假设采用红外光模式，微控制器会采集红外阵列的电流数据，根据绝对电流ΔI（绝对电流ΔI变化n，成像阵列施加n段训练脉冲）来对成像阵列进行训练，使成像阵列可以实时监测。当绝对电流ΔI大于0，对ENT+施加训练脉冲，单个像素点的像素值会增加，图像就会显示。当绝对电流ΔI小于0，对ENT-施加训练脉冲，单个像素点的像素值会减少，图像就会变模糊。可用于监测某个动态物体，也可以对某处进行定点监测。
本申请实施例一中提供的低功耗全波段光通信芯片，结构设计新颖，巧妙地将全波段的光响应单元全部集成在一个芯片上，单个器件即可实现全波段的光响应，体积小，应用场合广泛；整个芯片的结构基于有机电化学晶体管结构，具有低成本、低能耗和高灵敏度的优点。
实施例2
本实施例与实施例一的区别在于，在实施例一的基础上，每一个感光阵列中，在对应的每一个电解质材料和感光材料之间，均可设有一个用于承载对应感光材料的承载层。
进一步地，承载层可为ITO玻璃，尺寸大小可为3mm×3mm。
在实际应用中，承载层的设置，是为了增强感光材料在设置到电解质材料上的过程中的牢固性以及便利性。
本实施例中，在将感光材料设置到电解质材料上之前，可先通过以下工艺将各感光材料先设置在承载层上、然后再将承载有感光材料的承载层设置到电解质材料上：
1、远红外光感光材料Ge：
ITO玻璃用丙酮、乙醇超声10分钟；将清洗过的ITO玻璃放入培养皿中，设置干燥箱温度为70℃，烘干20分钟；将清洗干净的ITO放入磁控溅射腔体内，设置分子泵转速百分比50%，最高90000rpm、最低45000rpm；打开氩气瓶，等到真空度稳定后，调整转台，设置温度为100℃；设置膜厚仪参数为5.35、0.516，测定膜厚；采用磁控溅射的方法，通过使用磁场控制锗靶材的溅射（1小时），从而在ITO基底上沉积形成锗薄膜。
2、红外光感光材料GaAs：
ITO玻璃用丙酮、乙醇超声10分钟；将清洗过的ITO玻璃放入培养皿中，设置干燥箱温度为70℃，烘干20分钟；通过磁控溅射技术，在ITO玻璃上生长GaAs，具体为通过使用磁场控制锗靶材的溅射（1小时）、在ITO基底上沉积形成砷化镓薄膜：首先，将清洗干净的ITO衬底放入磁控溅射腔体内，设置分子泵转速百分比50%，最高90000rpm、最低45000rpm；打开氩气瓶，等到真空度稳定后，调整转台，设置温度为100℃；设置膜厚仪参数为5.31、1.590，测定膜厚。
3、紫外光感光材料ZnO：
ITO玻璃用丙酮、乙醇超声10分钟，然后放在80℃干燥箱中干燥；同时将0.03M醋酸锌溶解在50mL乙醇中，混合均匀后，将处理过的ITO玻璃浸泡30秒，在80℃的干燥箱中干燥，重复多次；然后在350℃的退火炉中退火20分钟，生成氧化锌种子；将表面带有氧化锌晶种的ITO玻璃垂直放置在50mL 0.06M硝酸锌和六亚甲基四胺的溶液中并转移至反应釜，在反应釜90℃的条件下持续生长12小时；最后将表面生长有氧化锌的ITO玻璃彻底洗涤，在60℃干燥箱中完成干燥，放置于密闭环境中备用。
4、可见光感光材料CsPbBr3：
ITO玻璃用丙酮、乙醇超声10分钟，将清洗过的玻璃放入培养皿中，设置干燥箱温度为70℃，烘干20分钟；用旋涂法将50uL TiO2前驱体溶液旋涂在ITO玻璃上（3000rpm，30s），然后放入400℃管式炉中烘烤2小时，形成电子传输层；先将PbBr2溶液旋涂在形成电子传输层的玻璃上（3000rpm，30s），然后放在100℃上的加热台上烤30min；自然冷却后再旋涂CsBr溶液（3000rpm，30s），然后放在270℃的热台上烤6分钟，重复操作6~7次，形成CsPbBr3层；最后将表面生长有CsPbBr3的ITO玻璃进行清洗、干燥，放置于密闭环境中备用。
实施例3
作为本申请中另一个重要的内容，本实施例提供了一种用于制备实施例一中的低功耗全波段光通信芯片的方法，如图4所示，该制备方法可包括：
提供硅基底10（参见（a））。
采用电子束蒸发工艺，在硅基底10上设置一层SiO2，以形成绝缘层20（参见（b））。
在绝缘层20上制备感光结构30，具体包括：
采用磁控溅射工艺，先在绝缘层20上设置一层Ti、以形成粘附层315（参见（c）），然后在Ti层上设置一层Au、以形成第一电极层311（参见（d）中的左侧部分）；
采用光刻工艺和剥离工艺，在第一电极层311上形成所有第一电极对中的源电极3111、漏电极3112以及第一半导体沟道3113（参见（e）中的左侧部分）；
采用光刻工艺和旋涂工艺，在所有第一半导体沟道3113中设置有机材料PEDOT：PSS，以形成第一沟道材料3114（参见（f）中的左侧部分）；
在每一个第一半导体沟道3113上方均分别设置一块水凝胶作为电解质材料，以形成栅极电解质层312（参见（h）中的左侧部分）；
在每一个电解质材料上方均分别设置对应的感光材料，以形成感光层313（参见（i）中的左侧部分）。
在实际应用中，成像结构40既可以和感光结构30制作在一个芯片上，也可以单独制作在另一个芯片上，而本实施例中的成像结构40和感光结构30是制作在一个芯片上的，因此：
所述制备方法还可包括：在绝缘层20上制备成像结构40，具体可包括：
采用磁控溅射工艺，先在绝缘层20上设置一层Ti、以形成粘附层315（参见（c）），然后在Ti层上设置一层Au、以形成第二电极层401（参见（d）中的右侧部分）；
采用光刻工艺和剥离工艺，在第二电极层401上形成所有第二电极对中的第一输入电极4011、输出电极4012、第二输入电极4013以及第二半导体沟道4014、第三半导体沟道4016（参见（e）中的右侧部分）；
采用光刻工艺和旋涂工艺，在所有第二半导体沟道4014、第三半导体沟道4016中设置离子凝胶，以形成第二沟道材料4015、第三沟道材料4017（参见（f）中的右侧部分）。
具体地，成像结构40和感光结构30共用一个硅基底10、绝缘层20，在制备第一电极层311中的各电极和沟道的同时也一起制备第二电极层401中的各电极和沟道，当制备完成各电极和沟道后，可以先制备感光结构30的栅极电解质层312和感光层313，也可以先制备成像结构40的沟道材料。
本申请实施例中，整个芯片的制备工艺采用成熟的MEMS工艺即可实现，更加降低了制作成本。
本申请的技术方案具有突出的实质性特点和显著的进步：
首先，现有技术中的光通信器件一般只对单色光进行响应，应用场合非常有限，而本申请中的光通信器件可以对全波段的光进行响应，具有非常广泛的应用场合，可以用于水下通信、人工视觉、天文探测、紫外通信，也可以用于红外探测等，适用性非常强，例如：单紫外光电器件可以应用于天文探测、紫外通信，可见光电器件可以应用于水下通信、人工视觉，单红外光电器件可以应用于红外成像、红外通信等等。
其次，本申请相较于现有技术来说功耗很低，现有的光通信技术中功耗通常很大，设备的续航问题也一直是限制其应用的主要因素，本申请解决了现有光通信技术中功耗大的问题，使得在水下通信或者是在太空探测中可以低功耗运行，大大降低了成本，也能够实现应急通信。
此外，相较于现有技术来说，本申请使用成本低、体积小，现有光通信技术中设备复杂程度高、体积大、成本高，本申请解决了现有光通信技术中成本大、体积大的问题，使得在空天海地一体化的新型全场景下，可以便携式携带、大规模制造。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语 “长”、“宽”、“厚度”、“上”、“上方”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.低功耗全波段光通信芯片，其特征在于：包括：
硅基底（10）；
绝缘层（20）：设置于所述硅基底（10）上；
感光结构（30）：设置于所述绝缘层（20）上；
所述感光结构（30）包括：在所述绝缘层（20）上呈间隔设置的远红外光感光阵列（301）、红外光感光阵列（302）、紫外光感光阵列（303）和可见光感光阵列（304）。
2.根据权利要求1所述的低功耗全波段光通信芯片，其特征在于：所述感光结构（30）中的每一个感光阵列，均包括：
第一电极层（311）：包括多对第一电极对；多对第一电极对在所述绝缘层（20）上呈间隔设置，且每一对第一电极对均包括一个源电极（3111）和一个漏电极（3112）；在每一对相对应的源电极（3111）和漏电极（3112）之间，均具有一条第一半导体沟道（3113）；在每一条第一半导体沟道（3113）中，均具有第一沟道材料（3114）；
栅极电解质层（312）：包括多个电解质材料；多个电解质材料分别对应设置于每一个第一半导体沟道（3113）的上方，且均与对应的第一半导体沟道（3113）两侧的源电极（3111）和漏电极（3112）、以及对应的第一半导体沟道（3113）中的第一沟道材料（3114）相接触；
感光层（313）：包括多个感光材料；多个感光材料分别对应设置于每一个电解质材料的上方。
3.根据权利要求2所述的低功耗全波段光通信芯片，其特征在于：所述芯片还包括：
成像结构（40）：设置于所述绝缘层（20）上；
所述成像结构（40）包括：在所述绝缘层（20）上与所有感光阵列呈间隔设置的成像阵列。
4.根据权利要求3所述的低功耗全波段光通信芯片，其特征在于：所述成像阵列，包括：
第二电极层（401）：包括多对第二电极对；多对第二电极对在所述绝缘层（20）上呈间隔设置，且每一对第二电极对均包括一个第一输入电极（4011）、一个输出电极（4012）和一个第二输入电极（4013）；
在每一对相对应的第一输入电极（4011）和输出电极（4012）之间，均具有一条第二半导体沟道（4014）；在每一条第二半导体沟道（4014）中，均具有第二沟道材料（4015）；
在每一对相对应的第二输入电极（4013）和输出电极（4012）之间，均具有一条第三半导体沟道（4016）；在每一条第三半导体沟道（4016）中，均具有第三沟道材料（4017）。
5.根据权利要求2所述的低功耗全波段光通信芯片，其特征在于：
所述绝缘层（20）的制作材料为SiO2，厚度为500nm；
所述第一电极对的制作材料为Au，厚度为100nm；
所述第一半导体沟道（3113）的长为30µm，宽为300µm；
所述第一沟道材料（3114）为有机材料PEDOT：PSS；
所述电解质材料为水凝胶，每一块水凝胶的尺寸均为1mm×1mm；
所述感光结构（30）中的每一感光材料的尺寸大小均为3mm×3mm，其中：
远红外光感光阵列（301）中的感光材料为Ge；
红外光感光阵列（302）中的感光材料为GaAs；
紫外光感光阵列（303）中的感光材料为ZnO；
可见光感光阵列（304）中的感光材料为CsPbBr3。
6.根据权利要求5所述的低功耗全波段光通信芯片，其特征在于：
每一个感光阵列中，在对应的每一个电解质材料和感光材料之间，均设有一个用于承载对应感光材料的承载层；
所述承载层为ITO玻璃，尺寸大小为3mm×3mm。
7.根据权利要求4所述的低功耗全波段光通信芯片，其特征在于：
所述第二电极对的制作材料为Au，厚度为100nm；
所述第二半导体沟道（4014）和第三半导体沟道（4016）的长均为30µm，宽均为300µm；
所述第二沟道材料（4015）和第三沟道材料（4017）为离子凝胶。
8.根据权利要求4所述的低功耗全波段光通信芯片，其特征在于：
在每一个第一电极对与绝缘层（20）之间、每一个第二电极对与绝缘层（20）之间，均设有一个用于将对应电极对设置于绝缘层（20）上的粘附层（315）；
所述粘附层（315）的制作材料为Ti，厚度为5nm。
9.如权利要求8所述的低功耗全波段光通信芯片的制备方法，其特征在于：包括：
提供硅基底（10）；
采用电子束蒸发工艺，在硅基底（10）上设置一层SiO2，以形成绝缘层（20）；
在绝缘层（20）上制备感光结构（30），具体包括：
采用磁控溅射工艺，先在绝缘层（20）上设置一层Ti、以形成粘附层（315），然后在Ti层上设置一层Au、以形成第一电极层（311）；
采用光刻工艺和剥离工艺，在第一电极层（311）上形成所有第一电极对中的源电极（3111）、漏电极（3112）以及第一半导体沟道（3113）；
采用光刻工艺和旋涂工艺，在所有第一半导体沟道（3113）中设置有机材料PEDOT：PSS，以形成第一沟道材料（3114）；
在每一个第一半导体沟道（3113）上方均分别设置一块水凝胶作为电解质材料，以形成栅极电解质层（312）；
在每一个电解质材料上方均分别设置对应的感光材料，以形成感光层（313）。
10.根据权利要求9所述的低功耗全波段光通信芯片的制备方法，其特征在于：所述制备方法还包括：在绝缘层（20）上制备成像结构（40），具体包括：
采用磁控溅射工艺，先在绝缘层（20）上设置一层Ti、以形成粘附层（315），然后在Ti层上设置一层Au、以形成第二电极层（401）；
采用光刻工艺和剥离工艺，在第二电极层（401）上形成所有第二电极对中的第一输入电极（4011）、输出电极（4012）、第二输入电极（4013）以及第二半导体沟道（4014）、第三半导体沟道（4016）；
采用光刻工艺和旋涂工艺，在所有第二半导体沟道（4014）、第三半导体沟道（4016）中设置离子凝胶，以形成第二沟道材料（4015）、第三沟道材料（4017）。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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