一种基于混维异质结光电探测器的性能提升方法及探测器

本发明涉及光电探测器，特别是一种基于混维异质结光电探测器的性能提升方法。

背景技术：

1、光电探测器的检测能力和速度是决定相关设备性能的关键因素。当前探测器的研究重点早已从传统块/体材料转向新兴的低维/混维材料方向。低维/混维光电探测器不仅继承了不同维度材料性能的优点，而且大幅度避免了单一维度材料的缺点，使得其在新型光电探测器的发展中发挥了极大的作用。

2、尽管当前基于二维/三维的混维异质结晶体管的光电探测器实现了极高的响应度，但与此同时，其在响应速度方面也做出了巨大的牺牲。另一方面，虽然有少量报道的光电探测器响应速度略有提升，但是其响应度较低。这使得该结构光电探测器的发展遇到了巨大的阻碍，无法做到响应度与响应速度之间的同步提升。

3、因此，如何突破光电探测器的响应度与响应速度之间的权衡是非常重要的。本发明提供了一种有助于突破响应度与响应速度的权衡以及性能提升方法，能够为光电探测器实现更佳的性能。

技术实现思路

1、鉴于上述基于混维异质结晶体管光电探测器中存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明的第一个目的是提供一种基于混维异质结光电探测器的性能提升方法，其能够解决光电探测器的响应度与响应速度之间的权衡问题并提升其性能。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于混维异质结光电探测器的性能提升方法，其包括，建立评价光电探测器的性能指标，所述性能指标用于权衡所述光电探测器的响应度与响应速度，定义为响应度-带宽积；调控混维异质结光电探测器的陷阱水平使所述光电探测器的所述性能指标达到第一响应度-带宽积；调控入射光功率密度使所述光电探测器的所述性能指标达到第二响应度-带宽积；对底部栅极进行调控使所述光电探测器的所述性能指标达到第三响应度-带宽积；将所述第一响应度-带宽积、第二响应度-带宽积、第三响应度-带宽积中值最大的一个作为所述光电探测器最佳的所述性能指标。

4、作为本发明所述基于混维异质结光电探测器的性能提升方法的一种优选方案，其中：所述响应度-带宽积为光电探测器的响应度与带宽的乘积。

5、作为本发明所述基于混维异质结光电探测器的性能提升方法的一种优选方案，其中：所述混维异质结包括光敏层和导电层，所述光敏层设置于所述导电层的上方。

6、作为本发明所述基于混维异质结光电探测器的性能提升方法的一种优选方案，其中：所述陷阱水平包括体陷阱水平和表面陷阱水平，所述体陷阱水平和表面陷阱水平包括各自对应的陷阱能级深度和陷阱浓度。

7、作为本发明所述基于混维异质结光电探测器的性能提升方法的一种优选方案，其中：所述调控混维异质结光电探测器的陷阱水平包括通过调控所述光敏层和导电层的不同陷阱水平得到不同陷阱水平下对应的不同的响应度-带宽积，将该步骤下响应度-带宽积的最大值作为所述第一响应度-带宽积。

8、作为本发明所述基于混维异质结光电探测器的性能提升方法的一种优选方案，其中：所述调控入射光功率密度包括通过调节入射光的功率密度，得到不同入射光功率密度下对应的不同的响应度-带宽积，将该步骤下响应度-带宽积的最大值的作为所述第二响应度-带宽积。

9、作为本发明所述基于混维异质结光电探测器的性能提升方法的一种优选方案，其中：所述对底部栅极进行调控包括同时对衬底的栅极电压和栅极功函数进行调控，得到不同栅极电压和栅极功函数组合下对应的不同的响应度-带宽积，将该步骤下响应度-带宽积的最大值作为所述第三响应度-带宽积。

10、作为本发明所述基于混维异质结光电探测器的性能提升方法的一种优选方案，其中：当所述第一响应度-带宽积、第二响应度-带宽积、第三响应度-带宽积中的某一个所对应的调控步骤为最后一道调控步骤时，则将该步骤下的响应度-带宽积作为所述光电探测器的最佳的所述性能指标。

11、作为本发明所述基于混维异质结光电探测器的性能提升方法的一种优选方案，其中：所述光敏层为钙钛矿材料，所述导电层为二维材料。

12、本性能提升方法有益效果为：本发明通过陷阱效应，光门控效应以及栅极调控三种机制协同作用，实现了光电探测器的响应度与响应时间的权衡，提升了光电探测器的性能。

13、本发明的另一个目的是提供一种高性能光电探测器，该高性能光电探测器由上述性能提升方法实现性能提升。

技术特征：

1.一种基于混维异质结光电探测器的性能提升方法，其特征在于：包括，

2.如权利要求1所述的基于混维异质结光电探测器的性能提升方法，其特征在于：所述响应度-带宽积为光电探测器的响应度与带宽的乘积。

3.如权利要求2所述的基于混维异质结光电探测器的性能提升方法，其特征在于：所述混维异质结包括光敏层和导电层，所述光敏层设置于所述导电层的上方。

4.如权利要求3所述的基于混维异质结光电探测器的性能提升方法，其特征在于：所述陷阱水平包括体陷阱水平和表面陷阱水平，所述体陷阱水平和表面陷阱水平包括各自对应的陷阱能级深度和陷阱浓度。

5.如权利要求4所述的基于混维异质结光电探测器的性能提升方法，其特征在于：所述调控混维异质结光电探测器的陷阱水平包括通过调控所述光敏层和导电层的不同陷阱水平得到所述光电探测器在不同陷阱水平下对应的不同的响应度-带宽积，将该步骤下响应度-带宽积的最大值作为所述第一响应度-带宽积。

6.如权利要求5所述的基于混维异质结光电探测器的性能提升方法，其特征在于：所述调控入射光功率密度包括通过调节入射光的功率密度，得到所述光电探测器在不同入射光功率密度下对应的不同的响应度-带宽积，将该步骤下响应度-带宽积的最大值的作为所述第二响应度-带宽积。

7.如权利要求6所述的基于混维异质结光电探测器的性能提升方法，其特征在于：所述对底部栅极进行调控包括同时对衬底的栅极电压和栅极功函数进行调控，得到所述光电探测器在不同栅极电压和栅极功函数组合下对应的不同的响应度-带宽积，将该步骤下响应度-带宽积的最大值作为所述第三响应度-带宽积。

8.如权利要求7所述的基于混维异质结光电探测器的性能提升方法，其特征在于：当所述第一响应度-带宽积、第二响应度-带宽积、第三响应度-带宽积中的某一个所对应的调控步骤为最后一道调控步骤时，则将该步骤下的响应度-带宽积作为所述光电探测器的最佳的所述性能指标。

9.如权利要求8所述的基于混维异质结光电探测器的性能提升方法，其特征在于：所述光敏层为钙钛矿材料，所述导电层为二维材料。

10.一种高性能光电探测器，其特征在于：所述高性能光电探测器采用如权利要求1~9任一所述的性能提升方法进行性能提升。

技术总结
本发明公开了一种基于混维异质结光电探测器的性能提升方法及探测器，涉及光电探测器领域，基于混维异质结光电探测器的性能提升方法包括建立评价光电探测器的性能指标，定义为响应度‑带宽积；调控混维异质结光电探测器的陷阱水平使所述光电探测器的所述性能指标达到第一响应度‑带宽积；调控入射光功率密度使所述光电探测器的所述性能指标达到第二响应度‑带宽积；对底部栅极进行调控使所述光电探测器的所述性能指标达到第三响应度‑带宽积；将所述第一响应度‑带宽积、第二响应度‑带宽积、第三响应度‑带宽积中值最大的一个作为所述光电探测器最佳的所述性能指标。本发明通过陷阱效应，光门控效应以及栅极调控三种机制协同作用，突破了光电探测器的响应度与响应时间的权衡，提升了光电探测器的综合性能。

技术研发人员：曹国洋,张成壮,陈一净,杨阵海,王长擂,李孝峰
受保护的技术使用者：苏州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19