CN114256362A - 光电探测器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种光电探测器及其制备方法，本申请中的光电探测器包括复合衬底、电荷捕获层、隧穿绝缘层、半导体沟道、源极和漏极。其中，复合衬底包括栅极及栅极绝缘层，栅极绝缘层设于栅极上表面；电荷捕获层设于栅极绝缘层上表面；隧穿绝缘层设于电荷捕获层上表面；半导体沟道设于隧穿绝缘层上表面；源极设于隧穿绝缘层上表面；漏极设于隧穿绝缘层上表面；源极及漏极分别位于半导体沟道两侧；电荷捕获层包括多个纳米颗粒。本申请中利用电荷捕获层中的电子对光生空穴进行填补，极大地降低了光生电子空穴的复合概率，提高了光电探测器的灵敏度，从而保证了光电探测器的探测性能。
Description
技术领域
本申请涉及光传感技术领域，特别涉及一种光电探测器及其制备方法。
背景技术
随着光传感应用日益发展，光电探测器得到了广泛应用。光电探测器在军事和国民经济的各个领域有广泛用途。在可见光或近红外波段主要用于射线测量和探测、工业自动控制、光度计量等；在红外波段主要用于导弹制导、红外热成像、红外遥感等方面。
光电探测器在实际使用时，入射光激发光电探测器产生光生电子；光生电子由半导体的价带跃迁至导带使得半导体载流子浓度增加，从而产生光电流。其中，光电流与入射光强度呈现正相关。然而，随着监测距离的增加和光路接口的增多使得光路中光信号损失较大，导致光电探测器所接收到的入射光强度较低。
现有技术中，通过使用大功率光源或在光路中使用光放大器，从而提高光电探测器中入射光的光强，以保证光电探测器的探测性能。但是，此种方式会增加探测***的能耗及使用成本，使得探测***的结构变得更复杂。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种光电探测器及其制备方法，无需使用大功率光源或在光路中使用光放大器，通过提高光电探测器在弱光条件下的探测灵敏度，即可保证光电探测器的探测性能。
一方面，本申请提供了一种光电探测器，包括：复合衬底、电荷捕获层、隧穿绝缘层、半导体沟道、源极和漏极。其中，复合衬底包括栅极及栅极绝缘层，栅极绝缘层设于栅极上表面；电荷捕获层设于栅极绝缘层上表面；隧穿绝缘层设于电荷捕获层上表面；半导体沟道设于隧穿绝缘层上表面；源极设于隧穿绝缘层上表面；漏极设于隧穿绝缘层上表面；源极及漏极分别位于半导体沟道两侧；电荷捕获层包括多个纳米颗粒。
在一实施例中，纳米颗粒直径为1～30纳米。
在一实施例中，纳米颗粒为金属颗粒、氧化物颗粒或半导体颗粒。
在一实施例中，纳米颗粒、源极及漏极的材质相同。
在一实施例中，纳米颗粒、源极及漏极的材质均为金。
在一实施例中，隧穿绝缘层厚度为5～20纳米，栅极绝缘层厚度为30～300纳米。
在一实施例中，隧穿绝缘层的材质为氧化铝、二氧化硅或氮化硅；栅极绝缘层的材质为二氧化硅、聚苯乙烯或氧化铝；栅极的材质为硅、氧化铟锡或铜；半导体沟道材质为硅、砷化镓、n型铟镓砷或石墨烯。
另一方面，本申请还提供了一种光电探测器的制备方法，包括：
将栅极及栅极绝缘层形成复合衬底；
在栅极绝缘层的上表面形成电荷捕获层；其中，电荷捕获层包括多个纳米颗粒，纳米颗粒为金属颗粒、氧化物颗粒或半导体颗粒；
在电荷捕获层的上表面形成隧穿绝缘层；
在隧穿绝缘层的上表面形成源极、漏极及半导体沟道；其中，源极及漏极分别位于半导体沟道两侧。
在一实施例中，在栅极绝缘层的上表面形成电荷捕获层，包括：
在栅极绝缘层的上表面形成中间层；
对中间层进行退火处理，形成多个纳米颗粒，多个纳米颗粒构成电荷捕获层；
其中，纳米颗粒为金属颗粒。
在一实施例中，在隧穿绝缘层的上表面形成源极、漏极及半导体沟道，源极及漏极分别位于半导体沟道两侧，包括：
在隧穿绝缘层的上表面形成半导体层；
在半导体层的上表面形成光刻胶层；
光刻光刻胶层形成掩模层；
通过掩模层刻蚀半导体层形成第一沟槽及第二沟槽；
在第一沟槽中形成源极，在第二沟槽中形成漏极；其中，源极及漏极之间的半导体层为半导体沟道；
去除掩模层。
本申请中的光电探测器包括复合衬底、电荷捕获层、隧穿绝缘层、半导体沟道、源极和漏极。其中，复合衬底包括栅极及栅极绝缘层，栅极绝缘层设于栅极上表面；电荷捕获层设于栅极绝缘层上表面；隧穿绝缘层设于电荷捕获层上表面；半导体沟道设于隧穿绝缘层上表面；源极设于隧穿绝缘层上表面；漏极设于隧穿绝缘层上表面；源极及漏极分别位于半导体沟道两侧；电荷捕获层包括多个纳米颗粒。
因此，本申请中可以有效利用电荷捕获层中的电子填补光生空穴，极大地降低了光生电子空穴的复合概率，使得光电探测器中可以产生有效的光电流，提高了光电探测器的灵敏度。同时，本申请中无需使用大功率光源或在光路中使用光放大器，通过提高光电探测器在弱光条件下的探测灵敏度，即可保证光电探测器的探测性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本申请一实施例提供的光电探测器的结构示意图；
图2为本申请一实施例提供的光电探测器的工作示意图；
图3为本申请一实施例提供的光电探测器的制备方法流程示意图；
图4为本申请一实施例提供的步骤S240的细节流程示意图；
图5为本申请一实施例提供的光电探测器的制备方法示意图；
图6为本申请一实施例提供的光电探测器的制备方法示意图；
图7为本申请一实施例提供的光电探测器的制备方法示意图。
附图标记：
10-复合衬底；11-栅极绝缘层；12-栅极；20-电荷捕获层；21-纳米颗粒；30-隧穿绝缘层；40-漏极；41-第一沟槽；50-源极；51-第二沟槽；60-半导体沟道；61-导带；62-价带；63-半导体层；70-光刻胶层；71-掩膜层；100-光电探测器。
具体实施方式
术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，并不表示排列序号，也不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“左”、“右”、“上”、“下”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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。
在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。
下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。
请参照图1，其为本申请一实施例提供的光电探测器的结构示意图。请参照图2，其为本申请一实施例提供的光电探测器的工作示意图。参见图1，光电探测器100包括复合衬底10、电荷捕获层20、隧穿绝缘层30、漏极40、源极50及半导体沟道60。其中，复合衬底10包括栅极绝缘层11及栅极12。
栅极绝缘层11设于栅极12上表面；电荷捕获层20设于栅极绝缘层11上表面；隧穿绝缘层30设于电荷捕获层20上表面；半导体沟道60设于隧穿绝缘层30上表面；源极50设于隧穿绝缘层30上表面；漏极40设于隧穿绝缘层30上表面；其中，源极50及漏极40分别位于半导体沟道60两侧，电荷捕获层20包括多个纳米颗粒21。
栅极12的材质为高导硅、氧化铟、铜、金或银等。其中，栅极12可以为任意具备导电性能的金属材料。
栅极绝缘层11的厚度为30～300纳米；栅极绝缘层11的材质可以为二氧化硅、聚苯乙烯或氮化硅等。
纳米颗粒21的直径为1～30纳米；纳米颗粒21可以为金属颗粒、氧化物颗粒或半导体颗粒。其中，纳米颗粒21还可以是由半导体颗粒组成的量子点。
隧穿绝缘层30的厚度为5～20纳米；隧穿绝缘层30可以为氧化铝、二氧化硅、氮化硅或其他有机分子等绝缘材料。
半导体沟道60可以为硅、砷化镓、n型铟镓砷或石墨烯等半导体材料。此外，半导体沟道60的材质还可以为拓扑绝缘体及过渡金属硫族化合物等。半导体沟道60的结构可以为纳米线或纳米带等。
半导体沟道60的长度小于等于20微米。半导体沟道60的厚度小于等于50纳米。源极50和漏极40的厚度均大于5纳米。
通过上述措施，对半导体沟道60、源极50和漏极40的尺寸进行限制，可以提升光电探测器100的导电性能，从而提升光电探测器100的探测性能。
在一实施例中，纳米颗粒、源极及漏极材质相同。示例性的，纳米颗粒、源极和漏极的材质可以均为金属。
在一实施例中，纳米颗粒、所述源极及所述漏极的材质均为金。
在一实施例中，纳米颗粒、源极及漏极的材质可以根据需要进行自由选择。
上述实施例中所提及的厚度均为图1中所示的竖直方向的尺寸；上述实施例中所提及的长度均为图1中所示的水平方向的尺寸。
光电探测器100可以感知光的强度变化情况。因此，光电探测器100可以与光纤传感器等传感元件结合使用，用于测量物理参数。例如，物理参数可以为温度及压力等。
于一操作过程中，光电探测器100工作时，源极50和漏极40与外部电源连接，外部电源可以在源极50和漏极40之间施加一个固定的偏压。在弱光信号入射前，需要在栅极12施加一个正栅压。示例性的，上述偏压可以为1V，正栅压可以为5V。在正栅压的作用下，半导体沟道60中的电子由Fowler-Nordheim隧穿机制注入到电荷捕获层20中。此时，光电探测器100中的电流非常小，约为1pA。
当弱光信号照射在半导体沟道60时，首先移除栅极12所施加的正栅压。移除后半导体沟道60中产生光生电子，且在光照的作用下光生电子由价带62跃迁至导带61，跃迁后在价带62中留下了相同数量的光生空穴。如图2所示，此时电荷捕获层20中的电子可以穿过隧穿绝缘层30重新返回至半导体沟道60中，与半导体沟道60中的光生空穴复合。此时，半导体沟道60中跃迁至导带61的电子无法返回价带62与光生空穴复合，使得光电探测器100中可以产生稳定的光电流。示例性的，当光照强度为50nw/cm-2，光照时间为0.1s时，光电流约为10nA。
当弱光信号移除后，重新对栅极12施加正栅压，使得半导体沟道60中的电子再次进入到电荷捕获层20中，为下一次的弱光探测做准备，通过此措施实现对光电探测器100的重复多次使用。
在一实施例中，源极50和漏极40间的偏压数值及栅极12所施加的正栅压数值可以根据实际情况调整。
本申请上述实施例提供的技术方案，利用电荷捕获层20中的电子填补光生空穴，可以有效解决在实际光电转换过程中存在的光生电子空穴的复合现象，避免出现在低光照条件下电子的跃迁速度低于复合速度的情况，使得光电探测器100中可以产生有效的光生电流。无需使用大功率光源或在光路中使用光放大器，通过提高光电探测器100在弱光条件下的探测灵敏度，即可保证光电探测器100的探测性能。此种方式不会增加探测***的能耗及使用成本，不会使得探测***的结构变得更复杂。
同时，本实施例中也无需增加光电倍增管或雪崩二极管等高灵敏度器件，即可保证光电探测器的探测性能。
本申请上述实施例提供的技术方案，半导体沟道60的电子可以在正栅压的作用下由半导体沟道60隧穿至电荷捕获层20；在移除正栅压后，隧穿至电荷捕获层20的电子不能返回到半导体沟道60中，需要稳定存储在电荷捕获层20中。为满足上述要求，本申请中对隧穿绝缘层30的厚度进行了限制，即限制隧穿绝缘层30的厚度为5～20纳米。示例性的，隧穿绝缘层30的厚度可以为15纳米。
通过上述措施，通过设置适当厚度的隧穿绝缘层30，使得电子可以稳定的存在于电荷捕获层20或半导体沟道60当中。在没有施加栅压或光源未入射时，不会产生电子转移现象。
请参照图3，其为本申请一实施例提供的光电探测器的制备方法流程示意图。请参照图4，其为本申请一实施例提供的步骤S240的细节流程示意图。请参照图5，其为本申请一实施例提供的光电探测器的制备方法示意图。请参照图6，其为本申请一实施例提供的光电探测器的制备方法示意图。请参照图7，其为本申请一实施例提供的光电探测器的制备方法示意图。
参见图3，光电探测器的制备方法可以包括如下步骤S210-步骤S240。
步骤S210：将栅极及栅极绝缘层形成复合衬底。
具体的，可以将栅极绝缘层11沉积在栅极12上，从而形成复合衬底10。
步骤S220：在栅极绝缘层的上表面形成电荷捕获层，其中，电荷捕获层包括多个纳米颗粒，纳米颗粒为金属颗粒、氧化物颗粒或半导体颗粒。
如图1所示，电荷捕获层20由多个纳米颗粒21组成。
在一实施例中，当纳米颗粒21为金属颗粒时，可以在栅极绝缘层11的上表面沉积出中间层，并对中间层进行高温退火处理，经过高温退火后中间层形成多个纳米颗粒21，多个纳米颗粒21构成电荷捕获层20。
示例性的，当纳米颗粒21为金，且纳米颗粒21的直径为5纳米时，可以在栅极绝缘层11的上表面沉积一层5纳米厚的金。沉积结束后在栅极绝缘层11的上表面形成金层。此时，可以将带有金层的复合衬底10放入真空退货炉进行高温退火，经过高温退火后，金层上可以形成多个纳米颗粒21。多个纳米颗粒21构成电荷捕获层20。
由此看出，电荷捕获层20的厚度即为纳米颗粒21的直径大小。
示例性的，高温退火的退火温度可以为500～700℃。
在一实施例中，当纳米颗粒21为半导体颗粒或氧化物颗粒时，可以直接将半导体颗粒或者氧化物颗粒沉积在栅极绝缘层11的上表面，沉积结束后在栅极绝缘层11的上表面可直接形成电荷捕获层20。
由此看出，当纳米颗粒21为半导体颗粒或氧化物颗粒时，无需进行退火处理，即可在栅极绝缘层11的上表面形成电荷捕获层20。
步骤S230：在电荷捕获层的上表面形成隧穿绝缘层。
当栅极绝缘层11的上表面形成电荷捕获层20后，可以将隧穿绝缘层30沉积在电荷捕获层20的上表面。
示例性的，隧穿绝缘层30可以为氧化物材质，此时可以在电荷捕获层20的上表面沉积一层绝缘的氧化物薄膜。沉积结束后在电荷捕获层20的上表面形成隧穿绝缘层30。
步骤S240：在隧穿绝缘层的上表面形成源极、漏极及半导体沟道；其中，源极及漏极分别位于半导体沟道两侧。
参见图4，步骤S240还可以包括如下步骤S241-步骤S246。
步骤S241：在隧穿绝缘层的上表面形成半导体层。
参见图5，当在电荷捕获层20的上表面形成隧穿绝缘层30后，可以将半导体材料沉积在隧穿绝缘层30的上表面，使得在隧穿绝缘层30的上表面形成半导体层63。
示例性的，当半导体材料为n型铟镓砷时，可以将n型铟镓砷沉积在隧穿绝缘层30的上表面。沉积结束后在隧穿绝缘层30的上表面形成半导体层63。
步骤S242：在半导体层的上表面形成光刻胶层。
参见图5，在隧穿绝缘层30的上表面形成半导体层63后，可以在半导体层63的上表面涂敷光刻胶，使得半导体层63的上表面形成光刻胶层70。
步骤S243：光刻光刻胶层形成掩膜层。
参见图6，在半导体层63的上表面形成光刻胶层70后，可以通过紫外光刻工艺，在光刻胶层70上定义出源极50和漏极40的图案形成掩膜层71。
在一实施例中，紫外光刻工艺可以替换为电子束刻蚀、激光直写等无掩膜光刻技术。
步骤S244：通过掩膜层刻蚀半导体层形成第一沟槽及第二沟槽。
参见图7，当形成掩膜层71后，可以通过掩膜层71对半导体层63进行刻蚀处理，即根据掩膜层71中源极50和漏极40的图案标记情况，对半导体层进行刻蚀处理，使得在隧穿绝缘层30的上表面分别形成第一沟槽41及第二沟槽51。第一沟槽41及第二沟槽51的位置如图7所示。第一沟槽41和第二沟槽51之间的半导体层63为半导体沟道60。
步骤S245：在第一沟槽中形成源极，在第二沟槽中形成漏极，其中，源极及漏极之间的半导体层为半导体沟道。
当在隧穿绝缘层30的上表面分别形成第一沟槽41及第二沟槽51后，可以在第一沟槽41中沉积出漏极40，在第二沟槽51中沉积出源极50。其中，源极50和漏极40之间的半导体层63为半导体沟道60。
示例性的，当源极50和漏极40为金属，且源极50和漏极40的厚度均为50纳米时，可以在第一沟槽41中沉积50纳米的金属，在第二沟槽51中沉积50纳米的金属。通过上述方式生成源极50和漏极40。
步骤S246：去除掩膜层。
参见图7，获得源极50和漏极40之后，需要将半导体沟道60上表面的掩膜层71去除，即对半导体沟道60进行去胶处理。
去胶结束后，完成对光电探测器100的制备。
本申请中，可以通过半导体沉积工艺和金属沉积工艺完成上述实施例中所提到的沉积操作。具体的，可以为磁控溅射、热蒸发沉积、原子层沉积及液相分散等。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例中的特征可以相互结合。
以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种光电探测器，其特征在于，包括：
复合衬底；其中，所述复合衬底包括栅极及栅极绝缘层，所述栅极绝缘层设于所述栅极上表面；
电荷捕获层，设于所述栅极绝缘层上表面；
隧穿绝缘层，设于所述电荷捕获层上表面；
半导体沟道，设于所述隧穿绝缘层上表面；
源极，设于所述隧穿绝缘层上表面；
漏极，设于所述隧穿绝缘层上表面；
其中，所述源极及所述漏极分别位于所述半导体沟道两侧，所述电荷捕获层包括多个纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述纳米颗粒直径为1～30纳米。
3.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述纳米颗粒为金属颗粒、氧化物颗粒或半导体颗粒。
4.根据权利要求1所述的光电探测器，其特征在于，所述纳米颗粒、所述源极及所述漏极的材质相同。
5.根据权利要求4所述的光电探测器，其特征在于，所述纳米颗粒、所述源极及所述漏极的材质均为金。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的光电探测器，其特征在于，所述隧穿绝缘层厚度为5～20纳米，所述栅极绝缘层厚度为30～300纳米。
7.根据权利要求1-5任意一项所述的光电探测器，其特征在于，所述隧穿绝缘层的材质为氧化铝、二氧化硅或氮化硅；
所述栅极绝缘层的材质为二氧化硅、聚苯乙烯或氧化铝；
所述栅极的材质为硅、氧化铟锡、铜、金或银；
所述半导体沟道材质为硅、砷化镓、n型铟镓砷或石墨烯。
8.一种光电探测器的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
将栅极及栅极绝缘层形成复合衬底；
在所述栅极绝缘层的上表面形成电荷捕获层；其中，所述电荷捕获层包括多个纳米颗粒，所述纳米颗粒为金属颗粒、氧化物颗粒或半导体颗粒；
在所述电荷捕获层的上表面形成隧穿绝缘层；
在所述隧穿绝缘层的上表面形成源极、漏极及半导体沟道；其中，所述源极及所述漏极分别位于所述半导体沟道两侧。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述在所述栅极绝缘层的上表面形成电荷捕获层，包括：
在所述栅极绝缘层的上表面形成中间层；
对所述中间层进行退火处理，形成多个纳米颗粒，所述多个纳米颗粒构成所述电荷捕获层；
其中，所述纳米颗粒为金属颗粒。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述在所述隧穿绝缘层的上表面形成源极、漏极及半导体沟道，所述源极及所述漏极分别位于所述半导体沟道两侧，包括：
在所述隧穿绝缘层的上表面形成半导体层；
在所述半导体层的上表面形成光刻胶层；
光刻所述光刻胶层形成掩模层；
通过所述掩模层刻蚀所述半导体层形成第一沟槽及第二沟槽；
在所述第一沟槽中形成源极，在所述第二沟槽中形成漏极；其中，所述源极及所述漏极之间的半导体层为所述半导体沟道；
去除所述掩模层。
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|---|---|---|---|---|
| CN115290953A (zh) * | 2022-06-24 | 2022-11-04 | 杭州格蓝丰纳米科技有限公司 | 一种基于动态二极管的自驱动机械信号传感器及其制备方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050045943A1 (en) * | 2003-08-25 | 2005-03-03 | Hsiang-Lan Lung | [non-volatile memory cell and fabrication thereof] |
| US20100105178A1 (en) * | 2008-10-24 | 2010-04-29 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of manufacturing a flash memeory device |
| KR20110091235A (ko) * | 2010-02-05 | 2011-08-11 | 국민대학교산학협력단 | 나노입자계 비휘발성 메모리 소자의 동작방법 및 제조방법 |
| KR101111741B1 (ko) * | 2010-08-06 | 2012-05-07 | 국민대학교산학협력단 | 나노입자계 비휘발성 메모리 소자 및 그 제조방법 |
| US20140054442A1 (en) * | 2012-07-20 | 2014-02-27 | Board Of Regents Of The University Of Nebraska | Nanocomposite Photodetector |
| CN112909116A (zh) * | 2021-01-18 | 2021-06-04 | 华中科技大学 | 一种基于介电层响应的场效应管光电探测器 |
| CN113658971A (zh) * | 2021-07-12 | 2021-11-16 | 浙江大学 | 基于石墨烯电荷耦合器件的辐射探测器 |
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20050045943A1 (en) * | 2003-08-25 | 2005-03-03 | Hsiang-Lan Lung | [non-volatile memory cell and fabrication thereof] |
| US20100105178A1 (en) * | 2008-10-24 | 2010-04-29 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method of manufacturing a flash memeory device |
| KR20110091235A (ko) * | 2010-02-05 | 2011-08-11 | 국민대학교산학협력단 | 나노입자계 비휘발성 메모리 소자의 동작방법 및 제조방법 |
| KR101111741B1 (ko) * | 2010-08-06 | 2012-05-07 | 국민대학교산학협력단 | 나노입자계 비휘발성 메모리 소자 및 그 제조방법 |
| US20140054442A1 (en) * | 2012-07-20 | 2014-02-27 | Board Of Regents Of The University Of Nebraska | Nanocomposite Photodetector |
| CN112909116A (zh) * | 2021-01-18 | 2021-06-04 | 华中科技大学 | 一种基于介电层响应的场效应管光电探测器 |
| CN113658971A (zh) * | 2021-07-12 | 2021-11-16 | 浙江大学 | 基于石墨烯电荷耦合器件的辐射探测器 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115290953A (zh) * | 2022-06-24 | 2022-11-04 | 杭州格蓝丰纳米科技有限公司 | 一种基于动态二极管的自驱动机械信号传感器及其制备方法 |
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