CN110864805B - 超宽带光谱探测装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种超宽带光谱探测装置和方法，其中的装置包括基底以及设置在基底上的至少一个探测单元；其中，探测单元包括设置在基底上的沟道材料层以及间隔设置在沟道材料层上的两个金属电极；两个金属电极包括源极电极和漏极电极；两个金属电极分别与沟道材料层的纵向方向的两端进行欧姆接触，金属电极与沟道材料层形成异质结。利用上述发明能够实现紫外至太赫兹波段的超宽带光谱探测，灵敏度高、响度速度快。
Description
技术领域
本发明涉及光电子技术领域，更为具体地，涉及一种基于HfTe5的超宽带光谱探测装置和方法。
背景技术
目前，光电探测器在通讯、安防、光谱分析、空间探索、生物医药等领域均得到广泛应用。然而，由于没有找到在室温下对超宽光谱包括太赫兹光敏感的光敏材料，导致传统的光电探测器在超宽光谱探测技术和室温太赫兹探测技术这两个方面的应用依然存在很大困难。
例如，受制于感光单元的物化性能及特征能带结构，基于WoS2、WSe2和Bi单晶等光电探测器只能探测某一较窄波段范围内的光。如市面上流行的探测器只能单独用于紫外、可见、近红外及中红外波段的光进行探测，而高效、便携、低成本的多通道探测器及技术仍然十分缺乏。
在目前光电子技术领域，由于石墨烯具有无间隙的能带结构而被认为是实现超宽光谱探测的候选材料，然而由于单层石墨烯结构导致其对光的吸收仅为2.3％，使得石墨烯光电探测器的灵敏度仅为几个mA/W。为了提高基于石墨烯光电探测器的灵敏度，人们不断研发基于石墨烯场效应管的光电探测器，虽然石墨烯量子点光电探测器提高了探测器的灵敏度，但是场效应管大部分只能工作在1THz以下，而且有时需要配备低温***使用，导致其可应用环境受到极大限制。
此外，非制冷型半导体光电探测器在探测中、远红外和太赫兹波段时，室温下巨大的热激发会覆盖掉光激发信号，使得探测器探测不到光激发信号而不能正常工作，目前市面上非制冷的半导体探测器只适用于紫外光、可见光以及近红外波段的探测。因此，工作在中红外、远红外或太赫兹波段的探测器通常需要低温制冷条件来抑制噪声，从而提高光响应灵敏度。苛刻的制冷条件不仅使探测***变得复杂使体积增大，在使用过程中也会造成诸多不便，也大大增加了设备成本。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种超宽带光谱探测装置和方法，以解决目前光电探测装置测试光源波段窄，且受外界温度条件限制，影响探测精度和速度等问题。
本发明提供的超宽带光谱探测装置，包括基底以及设置在基底上的至少一个探测单元；其中，探测单元包括设置在基底上的沟道材料层以及间隔设置在沟道材料层上的两个金属电极；两个金属电极包括源极电极和漏极电极；两个金属电极分别与沟道材料层的纵向方向的两端进行欧姆接触，金属电极与沟道材料层形成异质结。
此外，优选的方案是，在基底上设置有避让槽，探测单元悬空架设在避让槽上；基底在沿探测单元的纵向方向上的截面呈U形结构。
此外，优选的方案是，两个金属电极的材质不同和/或两个金属电极与沟槽材料层的接触面积不同和/或两个金属电极的厚度不同。
此外，优选的方案是，在沟道材料层远离基底的一侧沉积有栅介质层，在栅介质层位于沟道材料层的中间位置沉积有金属栅极；金属栅极和源极电极分别与外部天线连接，漏极通过金属线引出。
此外，优选的方案是，栅介质层的厚度大于两个金属电极的厚度，栅介质层覆盖在两个金属电极上。
此外，优选的方案是，在沟道材料层远离基底的一侧沉积有栅介质层，在栅介质层位于沟道材料层的中间位置沉积有金属栅极；金属栅极和漏极电极分别与外部天线连接，源极电极通过金属线引出。
此外，优选的方案是，探测单元呈规则线阵或面阵排布设置在基底上。
此外，优选的方案是，还设置有遮光层；其中，遮光层设置在探测单元远离待检测光源一侧的金属电极上。
此外，优选的方案是，沟道材料层为晶体HfTe5层；金属电极为金、银、铂、锢、锡、铬中的一种或至少两种的组合。
根据本发明的另一方面，提供一种超宽带光谱探测方法，利用上述超宽带光谱探测装置对待检测光源进行探测。
利用上述超宽带光谱探测装置和方法，装置制备简单、性能优越、成本低、使用范围广，且具有超宽探测频段(从紫外至太赫兹)，探测响应时间快、能耗低、探测温度要求低等特点。
为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。
附图说明
通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
图1为根据本发明实施例一的超宽带光谱探测装置结构示意图；
图2为根据本发明实施例二的超宽带光谱探测装置结构示意图；
图3为根据本发明实施例三的超宽带光谱探测装置结构示意图；
图4为根据本发明实施例四的超宽带光谱探测装置结构示意图；
图5为图4超宽带光谱探测装置的天线结构示意图；
图6为根据本发明实施例五的超宽带光谱探测装置结构示意图；
图7为根据本发明实施例六的超宽带光谱探测装置结构示意图；
图8为根据本发明实施例七的超宽带光谱探测装置结构示意图。
其中的附图标记包括：沟道材料层1、金属电极2、金属电极3、基底4、待检测光源5、U形基底6、金属栅极7、栅介质层8、天线9、天线10、金属线11、遮光层12。
在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。
具体实施方式
在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。
在本发明的描述中，需要理解的是，“纵向”、“两端”、“中心”、“正面”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发明和简化描述，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发明的限制。
为解决现有光电探测器在超宽光谱探测技术和室温太赫兹探测技术这两个方面的应用存在的问题，本发明提出一种超宽带光谱探测装置，包括基底以及设置在基底上的至少一个探测单元；其中，探测单元包括设置在基底上的沟道材料层以及间隔设置在沟道材料层上的两个金属电极；两个金属电极包括源极电极和漏极电极，二者分别与沟道材料层的纵向方向的两端进行欧姆接触，金属电极与沟道材料层形成异质结，当装置暴露在光照下时，探测单元内的沟道材料层会产生温度梯度，从而在沟道材料层两端产生电势差，而这一电势差可通过外接的探测电路获取，从而实现产宽带光谱探测。
为详细描述本发明的超宽带光谱探测装置，以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
图1示出了根据本发明的实施例一的超宽带光谱探测装置的示意结构。
如图1所示，本发明实施例一中的超宽带光谱探测装置，包括基底4以及设置在基底4上的探测单元；其中，每个探测单元均包括设置在基底4上的沟道材料层1以及间隔设置在沟道材料层1上的两个金属电极(包括金属电极2、金属电极3，下同)；两个金属电极包括源极电极和漏极电极；两个金属电极分别与沟道材料层1的纵向方向的两端进行欧姆接触，金属电极与沟道材料层1形成异质结。
其中，沟道材料层1可设置为晶体HfTe5层，沟道材料层1的外形可根据实际需求设计成任意形状，通过晶体HfTe5层吸收入射光(待检测光源5，下同)并将该入射的光功率转换为电信号。本发明沟道材料层1采用晶体HfTe5，其工作波段可以覆盖紫外、可见、红外直至太赫兹的超宽波段。
进一步地，在沟道材料1的纵向方向的两端设置的两个金属电极与沟道材料1形成良好的欧姆接触，并形成“HfTe5-金属”的异质结，金属电极的材料包括且不仅包括金、银、铂、锢、锡、铬等的一种或几种的组合，所述金属电极可通过镀膜工艺蒸镀或溅射工艺设置于所述沟道材料层1上。
该实施例中的基底4为绝缘基底，其中基底4为采用热电材料形成的薄片，适用于为整个超宽带光谱探测装置提供稳定的机械支撑，基底4的材料包括但不限于蓝宝石，Si/SiO2，石英，云母等。
该实施例一中的超宽带光谱探测装置在工作过程中，首先将载有探测单元的基底4固定在可靠的光学平移台上，使探测单元的正面面对待检测光源5。然后，使待检测光源5通过汇聚光路聚集在沟道材料层1两端中的任一一端的“HfTe5-金属”异质结上。在光照情况下，沟道材料层1的一端温度显著增加，产生光热电效应，从而在几百微秒内产生有效的光电压，实现超宽带光谱的探测。
图2示出了根据本发明的实施例二的超宽带光谱探测装置的示意结构。
如图2所示，本发明实施例二中的超宽带光谱探测装置，包括基底4以及设置在基底4上的探测单元；其中，每个探测单元均包括设置在基底4上的沟道材料层1以及间隔设置在沟道材料层1上的两个金属电极；两个金属电极包括源极电极和漏极电极；两个金属电极分别与沟道材料层1的纵向方向的两端进行欧姆接触，金属电极与沟道材料层1形成异质结。
其中，沟道材料层1可设置为晶体HfTe5层，沟道材料层1的外形可根据实际需求设计成任意形状，通过晶体HfTe5层吸收入射光并将该入射的光功率转换为电信号。本发明沟道材料层1采用晶体HfTe5，其工作波段可以覆盖紫外、可见、红外直至太赫兹的超宽波段。
进一步地，在沟道材料1的纵向方向的两端设置的两个金属电极与沟道材料1形成良好的欧姆接触，并形成“HfTe5-金属”的异质结，金属电极的材料包括且不仅包括金、银、铂、锢、锡、铬等的一种或几种的组合，所述金属电极可通过镀膜工艺蒸镀或溅射工艺设置于所述沟道材料层1上。
该实施例中的基底4为绝缘基底，其中基底4为采用热电材料形成的薄片，适用于为整个超宽带光谱探测装置提供稳定的机械支撑，基底4的材料包括但不限于蓝宝石，Si/SiO2，石英，云母等。此外，在基底4上还设置有避让槽，探测单元悬空架设在避让槽上，基底4在沿探测单元的纵向方向上的截面呈U形结构，即U形基底6为整个探测装置提供机械支撑且保证沟道材料层1的中间部分悬空，从而实现高精度的光谱探测效果。
该实施例二中的超宽带光谱探测装置在工作过程中，首先将载有探测单元的基底4固定在可靠的光学平移台上，使探测单元的正面面对待检测光源5。然后，使待检测光源5通过汇聚光路聚集在沟道材料层1两端中的任一一端的“HfTe5-金属”异质结上。在光照情况下，沟道材料层1的一端温度显著增加，产生光热电效应，从而在几百微秒内产生有效的光电压，实现超宽带光谱的探测。
图3示出了根据本发明的实施例三的超宽带光谱探测装置的示意结构。
如图3所示，本发明实施例三中的超宽带光谱探测装置，包括基底4以及设置在基底4上的探测单元；其中，每个探测单元均包括设置在基底4上的沟道材料层1以及间隔设置在沟道材料层1上的两个金属电极；两个金属电极包括源极电极和漏极电极；两个金属电极分别与沟道材料层1的纵向方向的两端进行欧姆接触，金属电极与沟道材料层1形成异质结。
其中，沟道材料层1可设置为晶体HfTe5层，沟道材料层1的外形可根据实际需求设计成任意形状，通过晶体HfTe5层吸收入射光并将该入射的光功率转换为电信号。本发明沟道材料层1采用晶体HfTe5，其工作波段可以覆盖紫外、可见、红外直至太赫兹的超宽波段。
进一步地，在沟道材料1的纵向方向的两端设置的两个金属电极与沟道材料1形成良好的欧姆接触，并形成“HfTe5-金属”的异质结，金属电极的材料包括且不仅包括金、银、铂、锢、锡、铬等的一种或几种的组合，所述金属电极可通过镀膜工艺蒸镀或溅射工艺设置于所述沟道材料层1上。
该实施例中的基底4为绝缘基底，其中基底4为采用热电材料形成的薄片，适用于为整个超宽带光谱探测装置提供稳定的机械支撑，基底4的材料包括但不限于蓝宝石，Si/SiO2，石英，云母等。
此外，两个金属电极的材质不同和/或两个金属电极与沟槽材料层的接触面积不同和/或两个金属电极的厚度不同，共包括四种情况，此处不一一赘述。该实施例三中的超宽带光谱探测装置在工作过程中，首先将载有探测单元的基底4固定在可靠的光学平移台上，使探测单元的正面面对待检测光源5。然后，使待检测光源5通过汇聚光路聚集在沟道材料层1两端中的任一一端的“HfTe5-金属”异质结上。在光照情况下，沟道材料层1的一端温度显著增加，产生光热电效应，从而在几百微秒内产生有效的光电压，实现超宽带光谱的探测。
图4示出了根据本发明的实施例四的超宽带光谱探测装置的示意结构；图5示出了图4中天线的结构示意。
如图4和图5共同所示，本发明实施例四中的超宽带光谱探测装置，包括基底4以及设置在基底4上的探测单元；其中，每个探测单元均包括设置在基底4上的沟道材料层1以及间隔设置在沟道材料层1上的两个金属电极；两个金属电极包括源极电极和漏极电极；两个金属电极分别与沟道材料层1的纵向方向的两端进行欧姆接触，金属电极与沟道材料层1形成异质结。
其中，沟道材料层1可设置为晶体HfTe5层，沟道材料层1的外形可根据实际需求设计成任意形状，通过晶体HfTe5层吸收入射光并将该入射的光功率转换为电信号。本发明沟道材料层1采用晶体HfTe5，其工作波段可以覆盖紫外、可见、红外直至太赫兹的超宽波段。
进一步地，在沟道材料1的纵向方向的两端设置的两个金属电极与沟道材料1形成良好的欧姆接触，并形成“HfTe5-金属”的异质结。
该实施例中的基底4为绝缘基底，其中基底4为采用热电材料形成的薄片，适用于为整个超宽带光谱探测装置提供稳定的机械支撑，基底4的材料包括但不限于蓝宝石，Si/SiO2，石英，云母等。
此外，在该实施例中，在沟道材料层1远离基底4的一侧还沉积有栅介质层8，介质层7的材料包括但是不限于SiO2、Al2O3、六方氮化硼等，在栅介质层8位于沟道材料层1的中间位置沉积有金属栅极7；金属栅极7和源极电极分别与外部天线9和天线10连接，所述天线(包括天线9和天线10，下同)包括但不仅包括蝶形天线、螺旋天线、对数周期天线等，漏极则通过金属线11引出；金属电极的材料和天线的材料由良好性能的金属材料金、银、铂、锢、锡、铬等的一种或几种的组合，所述金属电极可通过镀膜工艺蒸镀或溅射工艺设置于所述沟道材料层1上。
另外，栅介质层8的厚度可设置为大于两个金属电极的厚度，栅介质层8覆盖在两个金属电极上，两个金属电极的侧边可裸露，如图4所示。
该实施例四中的超宽带光谱探测装置在工作过程中，入射光的光尺寸斑远大于探测单元的尺寸，首先将载有探测单元的基底4固定在可靠的光学平移台上，使探测单元的正面面对待检测光源5。然后，使待检测光源5通过汇聚光路聚集在沟道材料层1两端中的任一一端的“HfTe5-金属”异质结上。在光照情况下，由于天线的耦合作用，源极电极与栅极电极之间的材料吸收的能量大于栅极电极和漏极电极之间材料所吸收的能量，在探测单元的两端产生温度差，产生光热电效应，从而在几百微秒内产生有效的光电压，实现超宽带光谱的探测。
需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，在本公开其它一些实施例中，也可以通过天线耦合使漏极和栅极之间的样品温度高于栅极和源极之间的样品温度来实现探测。例如，在沟道材料层1远离基底4的一侧沉积有栅介质层8，在栅介质层8位于沟道材料层1的中间位置沉积有金属栅极7；金属栅极7和漏极电极分别与外部天线连接，源极电极通过金属线11引出。
图6示出了根据本发明的实施例五的超宽带光谱探测装置的示意结构。
如图6所示，本发明实施例五中的超宽带光谱探测装置，包括基底4以及设置在基底4上的多个探测单元；其中，每个探测单元均包括设置在基底4上的沟道材料层1以及间隔设置在沟道材料层1上的两个金属电极；两个金属电极包括源极电极和漏极电极；两个金属电极分别与沟道材料层1的纵向方向的两端进行欧姆接触，金属电极与沟道材料层1形成异质结。
具体地，各探测单元呈规则线阵排布设置在基底4上，且探测单元纵向方向的一端与基底4的边缘部分对齐，入射光通过汇聚光路聚集在位于基底4边缘上的探测单元纵向方向的一端，在探测单元的两端产生温度差，产生光热电效应，从而在几百微秒内产生有效的光电压。
需要说明的是，本实施例中的探测单元的结构可采用上述实施例一至四中任意一种结构，此处不再赘述。
图7示出了根据本发明的实施例六的超宽带光谱探测装置的示意结构。
如图7所示，本发明实施例六中的超宽带光谱探测装置，包括基底4以及设置在基底4上的多个探测单元；其中，每个探测单元均包括设置在基底4上的沟道材料层以及间隔设置在沟道材料层1上的两个金属电极；两个金属电极包括源极电极和漏极电极；两个金属电极分别与沟道材料层1的纵向方向的两端进行欧姆接触，金属电极与沟道材料层1形成异质结。
具体地，还设置有遮光层12；其中，遮光层12设置在探测单元远离待检测光源5一侧的金属电极上，通过遮光层12避免光斑尺寸对探测性能造成的不良影响。
需要说明的是，虽然在该实施例中示出了多个呈线阵排布的探测单元，然而本领域的技术人员应当理解，在本发明的其它一些实施例中，也可以仅设置一个这样的探测单元，或者也可以设置多个呈面阵排布的这种探测单元。
本实施例中的探测单元的结构可采用上述实施例一至四中任意一种结构，此处不再赘述。
图8示出了根据本发明的实施例七的超宽带光谱探测装置的示意结构。
如图8所示，本发明实施例七中的超宽带光谱探测装置，包括基底4以及设置在基底4上的多个探测单元；其中，每个探测单元均包括设置在基底4上的沟道材料层1以及间隔设置在沟道材料层1上的两个金属电极；两个金属电极包括源极电极和漏极电极；两个金属电极分别与沟道材料层1的纵向方向的两端进行欧姆接触，金属电极与沟道材料层1形成异质结。
具体地，各探测单元呈规则面阵排布设置在基底4上，在探测单元远离待检测光源5一侧的金属电极上均设置遮光层12，入射光通过汇聚光路聚集在探测单元远离遮光层12的一端，在探测单元的两端产生温度差，产生光热电效应，从而在几百微秒内产生有效的光电压。
需要说明的是，虽然在该实施例中示出了多个呈面阵排布的探测单元，然而本领域的技术人员应当理解，在本发明的其它一些实施例中，也可以仅设置一个这样的探测单元。
本实施例中的探测单元的结构可采用上述实施例一至四中任意一种结构，此处不再赘述。
需要说明的是，虽然在上述各实施例中的超宽带光谱探测装置是通过光热电效应来实现探测的，然而本领域的技术应当理解，在本公开的其它一些实施例中，也可以采用辐射热效应等。
与上述超宽带光谱探测装置相对应，本发明还提供一种超宽带光谱探测方法，该方法利用超宽带光谱探测装置对待检测光源进行探测。
其中，当待检测光源的光斑尺寸小于HfTe5晶体的纵向长度时，探测单元可采用源极电极和漏极电极两极。当探测单元一端的金属结，即其中一端的HfTe5-金属电极暴露在经光路聚集的光照下时，该端材料温度升高，且高于另外一端温度，从而在探测单元两端产生温度差，这一温度差会在两端产生相对应的电势差，这一电势差被探测电路放大读出，即实现超宽带光探测。
在一些实施例中，光斑尺寸远大于HfTe5晶体的纵向长度，这种情况下的探测单元可采用源漏栅三极，源极和栅极分别与天线相连接，漏极则通过金属细线引出。整个探测单元均暴露在经光路聚集的光照下，经由天线耦合作用，源极和栅极之间的晶体样品吸收的光照多于栅极和漏极之间样品所吸收的光照，因此源极和栅极之间区域的样品温度会高于栅极和漏极之间的样品温度，这一温差将产生相对应的电势差，这一电势差被探测电路放大读出，即实现超宽带光探测。
然而需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，在本发明其它一些实施例中，也可以通过天线耦合使漏极和栅极之间的样品温度高于栅极和源极之间的样品温度来实现探测。
在一些实施例中，光斑尺寸远大于HfTe5晶体的纵向尺寸，这种情况下探测单元采用源漏栅三极，且分别与三端天线相连，构成不对称的天线结构。整个探测单元均暴露在经光路聚集的光照下。经由天线耦合作用，源极和栅极之间的晶体样品吸收的光照多于栅极和漏极之间样品所吸收的光照，因此源极和栅极之间区域的样品温度会高于栅极和漏极之间的样品温度，这一温差将产生相对应的电势差，这一电势差被探测电路放大读出，即实现超宽带光探测。
然而需要说明的是，本领域的技术人员应当理解，在本发明其它一些实施例中，也可以通过天线耦合使漏极和栅极之间的样品温度高于栅极和源极之间的样品温度来实现探测。
在一些实施例中，光斑尺寸远大于HfTe5晶体的纵向尺寸，这种情况下探测单元具有源漏两极，此时源极和漏极所使用的金属电极不同(包括材料不同、尺寸不同等)，且分别与天线相连。整个探测单元均暴露在经光路聚集的光照下，由于两端不相同的金属对样品的掺杂不同，导致两端材料的Seebeck(塞贝克效应，又称作第一热电效应，是指由于两种不同电导体或半导体的温度差异而引起两种物质间的电压差的热电现象)系数不同，在光照情况下，两端产生温差，这一温差将产生相对应的电势差，这一电势差被探测电路放大读出，即实现超宽带光探测。
根据上述本发明的超宽带光谱探测装置和方法，晶体材料HfTe5与金属电极构成结构简单的金属-HfTe5-金属器件结构，当器件暴露在光照下时，器件沟道内的晶体材料将产生温度梯度，从而在晶体样品两端产生电势差，这一电势差可通过外接探测电路放大后读出，即实现超宽带光探测，探测谱段宽、响应速度快、探测精度高、能耗低，室温即可工作，性能优越、成本低廉，在实际生活中具有广阔应用前景。
如上参照附图以示例的方式描述根据本发明的超宽带光谱探测装置和方法。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的超宽带光谱探测装置和方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。
Claims (8)
1.一种超宽带光谱探测装置，其特征在于，所述装置包括基底以及设置在所述基底上的至少一个探测单元；其中，
所述探测单元包括设置在所述基底上的沟道材料层以及间隔设置在所述沟道材料层上的两个金属电极；所述沟道材料层为晶体HfTe5层；
所述两个金属电极包括源极电极和漏极电极；
所述两个金属电极分别与所述沟道材料层的纵向方向的两端进行欧姆接触，所述金属电极与所述沟道材料层形成异质结；并且，
在所述基底上设置有避让槽，所述探测单元悬空架设在所述避让槽上；
所述基底在沿所述探测单元的纵向方向上的截面呈U形结构；
所述两个金属电极的材质不同和/或所述两个金属电极与所述沟道材料层的接触面积不同和/或所述两个金属电极的厚度不同。
2.如权利要求1所述的超宽带光谱探测装置，其特征在于，
在所述沟道材料层远离所述基底的一侧沉积有栅介质层，在所述栅介质层位于所述沟道材料层的中间位置沉积有金属栅极；
所述金属栅极和所述源极电极分别与外部天线连接，所述漏极通过金属线引出。
3.如权利要求2所述的超宽带光谱探测装置，其特征在于，
所述栅介质层的厚度大于所述两个金属电极的厚度，所述栅介质层覆盖在所述两个金属电极上。
4.如权利要求1所述的超宽带光谱探测装置，其特征在于，
在所述沟道材料层远离所述基底的一侧沉积有栅介质层，在所述栅介质层位于所述沟道材料层的中间位置沉积有金属栅极；
所述金属栅极和所述漏极电极分别与外部天线连接，所述源极电极通过金属线引出。
5.如权利要求1所述的超宽带光谱探测装置，其特征在于，
所述探测单元呈规则线阵或面阵排布设置在所述基底上。
6.如权利要求1所述的超宽带光谱探测装置，其特征在于，还设置有遮光层；其中，
所述遮光层设置在所述探测单元远离待检测光源一侧的金属电极上。
7.如权利要求1至6任一项所述的超宽带光谱探测装置，其特征在于，
所述金属电极为金、银、铂、锢、锡、铬中的一种或至少两种的组合。
8.一种超宽带光谱探测方法，其特征在于，利用如权利要求1至7任一项所述的超宽带光谱探测装置对待检测光源进行探测。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102483349A (zh) * | 2009-10-17 | 2012-05-30 | 三菱综合材料株式会社 | 红外线传感器及具备该红外线传感器的电路基板 |
| CN104024146A (zh) * | 2011-08-02 | 2014-09-03 | 光子科学研究所 | 具有碳系导体和量子点的光电平台以及包含此种平台的晶体管 |
| CN104916732A (zh) * | 2014-03-12 | 2015-09-16 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 石墨烯太赫兹波探测器及其制作方法 |
| CN109417106A (zh) * | 2016-07-12 | 2019-03-01 | 三菱电机株式会社 | 电磁波检测器以及电磁波检测器阵列 |
| CN109786498A (zh) * | 2018-12-10 | 2019-05-21 | 华南理工大学 | 一种基于二维半导体材料的红外探测元件及其制备方法 |
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102483349A (zh) * | 2009-10-17 | 2012-05-30 | 三菱综合材料株式会社 | 红外线传感器及具备该红外线传感器的电路基板 |
| CN104024146A (zh) * | 2011-08-02 | 2014-09-03 | 光子科学研究所 | 具有碳系导体和量子点的光电平台以及包含此种平台的晶体管 |
| CN104916732A (zh) * | 2014-03-12 | 2015-09-16 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 石墨烯太赫兹波探测器及其制作方法 |
| CN109417106A (zh) * | 2016-07-12 | 2019-03-01 | 三菱电机株式会社 | 电磁波检测器以及电磁波检测器阵列 |
| CN109786498A (zh) * | 2018-12-10 | 2019-05-21 | 华南理工大学 | 一种基于二维半导体材料的红外探测元件及其制备方法 |
| CN110311010A (zh) * | 2019-06-28 | 2019-10-08 | 西安交通大学 | 一种基于石墨烯纳米带的红外宽光谱探测器 |
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