RU170833U1 - Детектор оптического видимого излучения - Google Patents
Детектор оптического видимого излучения Download PDFInfo
- Publication number
- RU170833U1 RU170833U1 RU2016147872U RU2016147872U RU170833U1 RU 170833 U1 RU170833 U1 RU 170833U1 RU 2016147872 U RU2016147872 U RU 2016147872U RU 2016147872 U RU2016147872 U RU 2016147872U RU 170833 U1 RU170833 U1 RU 170833U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon nanotube
- heterojunction
- nanotube
- optical
- radiation detector
- Prior art date
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title claims abstract description 14
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 11
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims abstract description 17
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 description 13
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 239000010408 film Substances 0.000 description 3
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000011895 specific detection Methods 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 206010034972 Photosensitivity reaction Diseases 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002927 oxygen compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000036211 photosensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000002109 single walled nanotube Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
- H01L31/109—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PN heterojunction type
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
Использование: для создания детекторов оптического импульсного излучения. Сущность полезной модели заключается в том, что детектор оптического излучения включает диэлектрическую подложку, однослойную углеродную нанотрубку, способную поглощать оптическое излучение в видимом диапазоне, электрические контакты, в углеродной нанотрубке сформирован гетеропереход между окисленной и немодифицированной частью углеродной нанотрубки. Технический результат: обеспечение возможности минимизации площади чувствительной области. 2 ил.
Description
Полезная модель относится к области создания детекторов оптического излучения.
Из уровня техники известен фотодетектор на основе углеродных нанотрубок. Недостатком решения является сложность изготовления детектора, требующего использования дополнительных адсорбирующих зарядотранспортных слоев на поверхности углеродных нанотрубок [1]. Фотодетекторы на основе одиночных нанотрубок изготавливают с помощью стандартного CMOS-процесса, который предполагает использование, как минимум, четырех электродов в процессе функционирования фотодетектора [2]. Процесс относительно хорошо изучен, но является сложным и требует использования высокоразрешающей литографии.
В качестве прототипа выбирается решение, в котором описан фотодетектор, включающий графеновый слой и расположенный на нем второй слой двумерного материала, образующие вместе гетеропереход и прикрепляющиеся к подложке с помощью двух электродов [3]. Двумерный материал полностью покрывает слой графена, обеспечивая фоточувствительность всей поверхности. Технический результат заключается в увеличении спектра чувствительности и повышении удельной обнаружительной способности устройства. Недостатком решения является использование совмещения двух двумерных материалов и создание между ними кристаллического гетероперехода, создание которого - сложный и не до конца исследованный процесс, так как механизмом формирования гетероперехода является Ван-дер-ваальсовое взаимодействие [4].
Задачей полезной модели является повышение удельной обнаружительной способности и минимизации площади фоточувствительной области при регистрации оптического излучения в видимой области спектра при комнатной температуре и атмосферном давлении, а также при механических воздействиях.
Для решения поставленной задачи предлагается детектор оптического излучения в видимом диапазоне, отличающийся тем, что углеродная нанотрубка содержит гетеропереход в области между контактами, и включающий подложку, углеродную нанотрубку, способную поглощать видимое излучение и электрические контакты. Детектор может быть выполнен таким образом, что для соединения электрических контактов и углеродной нанотрубки используются токопроводящие электроды, сформированные по масочной технологии. При этом нанотрубка может быть однослойной.
Полезная модель поясняется чертежами. На фиг. 1 изображен детектор, и введены обозначения:
1 - диэлектрическая подложка,
2 - электрические выводы,
3 - углеродная нанотрубка,
4 - гетеропереход.
На фиг. 2 представлена зависимость изменения сопротивления фотодетектора на основе одиночной углеродной нанотрубки со сформированным в ней гетеропереходом при облучении одиночным лазерным импульсом в 280 фемтосекунд на длине волны 532 нм с энергией импульса 0,1 нДж. Длина волны регистрируемого излучения определяется высотой формируемого барьера в гетеропереходе.
Основой детектора является диэлектрическая подложка 1. На подложку перенесена тонкая пленка из неперколированных нанотрубок 2. К пленке с помощью фотолитографии подсоединены электрические выводы 2. В нанотрубке между электродами сформирован гетеропереход 4.
При попадании оптического излучения на нанотрубку 3 происходит поглощение излучения и изменение электрического сопротивления нанотрубки в связи с забросом носителей заряда из валентной зоны в зону проводимости, которое затем регистрируется считывающим устройством - микросхемой.
Гетеропереход состоит из частично окисленной нанотрубки, сформированной с использованием сфокусированного сверхкороткого лазерного импульсного излучения, и немодифицированной нанотрубки. Высота барьера в гетеропереходе контролируется степенью окисления части углеродной нанотрубки. При этом окисленная часть нанотрубки может находиться или осуществлять контакт с одним из электродов. Немодифицированные нанотрубки состоят из атомов углерода и, содержат остатки металлического катализатора. Окисленная часть нанотрубки содержит соединения кислорода (-ОН, -СООН, С-О-С, -О, и т.п.), а также дефекты. Окисленная часть нанотрубки обладает увеличенной запрещенной зоной по сравнению с немодифицированной, что обеспечивает наличие локального гетероперехода.
Преимуществами заявляемого решения по отношению к прототипу являются малый вес (что важно с точки зрения миниатюризации электроники), простой технологический процесс, а также использование материалов на основе безопасного и способного к рециркуляции углерода. Субмикронный размер оптического детектора позволяет проводить его интеграцию в системы оптопар и в другие сенсорные и передающие устройства.
Пример конкретного выполнения.
В лабораторных условиях и условиях единичного производства технологический процесс изготовления предлагаемого фотодетектора может состоять из следующих операций:
Осаждение неперколированной пленки однослойных углеродных нанотрубок на диэлектрическую подложку.
Отжиг пленки нанотрубок при температуре 300°С в течение 20 минут для удаления остатков органики.
Проведение фотолитографии на подложке и формирование электродов.
Проведение локального окисления углеродной нанотрубки фемтосекундным лазером.
280 фемтосекундный импульс лазерного излучения, сфокусированного в пятно диаметром 2 мкм, обеспечивает создание гетероперехода в области 500 нм2.
Технический результат - фотодетектор, созданный на основе одиночной однослойной углеродной нанотрубки, с повышенной удельной обнаружительной способностью при комнатной температуре и атмосферном давлении, имеющий минимальную площадь чувствительной области.
Источники информации:
1. Патент США №9147845.
2. Chang, S.W., Hazra, J., Amer, M., Kapadia, R., & Cronin, S. B. A Comparison of Photocurrent Mechanisms in Quasi-Metallic and Semiconducting Carbon Nanotube pn-Junctions. ACS nano, 2015, 9(12), 11551-11556.
3. Патент Китая №105789367 - прототип.
4. Pierucci, D., Henck, H., Avila, J., Balan, A., Naylor, С.H., Patriarche, G., … & Asensio, M.C. Band alignment and minigaps in monolayer MoS2-graphene van der Waals heterostructures. Nano Lett., 2016, 16 (7), 4054-4061.
Claims (1)
- Детектор оптического видимого излучения, включающий диэлектрическую подложку, однослойную углеродную нанотрубку, способную поглощать оптическое излучение в видимом диапазоне, электрические контакты, отличающийся тем, что в углеродной нанотрубке сформирован гетеропереход между окисленной и немодифицированной частью углеродной нанотрубки.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016147872U RU170833U1 (ru) | 2016-12-07 | 2016-12-07 | Детектор оптического видимого излучения |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016147872U RU170833U1 (ru) | 2016-12-07 | 2016-12-07 | Детектор оптического видимого излучения |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU170833U1 true RU170833U1 (ru) | 2017-05-11 |
Family
ID=58716248
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016147872U RU170833U1 (ru) | 2016-12-07 | 2016-12-07 | Детектор оптического видимого излучения |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU170833U1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070012980A1 (en) * | 2002-09-30 | 2007-01-18 | Nanosys, Inc. | Large-area nanoenabled macroelectronic substrates and uses therefor |
| US20070290287A1 (en) * | 2002-04-23 | 2007-12-20 | Freedman Philip D | Thin film photodetector, method and system |
| US7723684B1 (en) * | 2007-01-30 | 2010-05-25 | The Regents Of The University Of California | Carbon nanotube based detector |
| US9147845B2 (en) * | 2013-04-26 | 2015-09-29 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Single walled carbon nanotube-based planar photodector |
| CN105789367A (zh) * | 2016-04-15 | 2016-07-20 | 周口师范学院 | 非对称电极二维材料/石墨烯异质结级联光电探测器及其制备方法 |
-
2016
- 2016-12-07 RU RU2016147872U patent/RU170833U1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070290287A1 (en) * | 2002-04-23 | 2007-12-20 | Freedman Philip D | Thin film photodetector, method and system |
| US20070012980A1 (en) * | 2002-09-30 | 2007-01-18 | Nanosys, Inc. | Large-area nanoenabled macroelectronic substrates and uses therefor |
| US7723684B1 (en) * | 2007-01-30 | 2010-05-25 | The Regents Of The University Of California | Carbon nanotube based detector |
| US9147845B2 (en) * | 2013-04-26 | 2015-09-29 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Single walled carbon nanotube-based planar photodector |
| CN105789367A (zh) * | 2016-04-15 | 2016-07-20 | 周口师范学院 | 非对称电极二维材料/石墨烯异质结级联光电探测器及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kim et al. | A skin-like two-dimensionally pixelized full-color quantum dot photodetector | |
| Zha et al. | Infrared photodetectors based on 2D materials and nanophotonics | |
| Li et al. | Advances in solution-processable near-infrared phototransistors | |
| Ezhilmaran et al. | Recent developments in the photodetector applications of Schottky diodes based on 2D materials | |
| Yang et al. | High-performance silicon-compatible large-area UV-to-visible broadband photodetector based on integrated lattice-matched type II Se/n-Si heterojunctions | |
| Chen et al. | Nanostructured photodetectors: from ultraviolet to terahertz | |
| Zhang et al. | Broadband photodetector based on carbon nanotube thin film/single layer graphene Schottky junction | |
| Rim et al. | Ultrahigh and broad spectral photodetectivity of an organic–inorganic hybrid phototransistor for flexible electronics | |
| Soci et al. | Nanowire photodetectors | |
| Liu et al. | Transparent, broadband, flexible, and bifacial-operable photodetectors containing a large-area graphene–gold oxide heterojunction | |
| Chang et al. | High‐responsivity near‐infrared photodetector using gate‐modulated graphene/germanium Schottky junction | |
| Yoo et al. | High photosensitive indium–gallium–zinc oxide thin-film phototransistor with a selenium capping layer for visible-light detection | |
| Tetsuka | 2D/0D graphene hybrids for visible-blind flexible UV photodetectors | |
| Zou et al. | Broadband Visible− Near Infrared Two‐Dimensional WSe2/In2Se3 Photodetector for Underwater Optical Communications | |
| US11522146B2 (en) | Photodetector based on transition metal dichalcogen compound and method of manufacturing the same | |
| CN112823420B (zh) | 基于胶体量子点的成像装置 | |
| CN110676341B (zh) | 半导体结构、光电器件、光探测器及光探测仪 | |
| Nam et al. | Extreme Carrier Depletion and Superlinear Photoconductivity in Ultrathin Parallel‐Aligned ZnO Nanowire Array Photodetectors Fabricated by Infiltration Synthesis | |
| WO2022033253A1 (zh) | 射线探测器基板、射线探测器及射线探测方法 | |
| Sarkar et al. | Surface engineered hybrid core–shell Si‐nanowires for efficient and stable broadband photodetectors | |
| CN111799342A (zh) | 一种基于硒化亚锡/硒化铟异质结的光电探测器及其制备方法 | |
| RU170833U1 (ru) | Детектор оптического видимого излучения | |
| Cheng et al. | Performance enhancement of graphene photodetectors via in situ preparation of TiO2 on graphene channels | |
| Lee et al. | Photovoltaic response of transparent Schottky ultraviolet detectors based on graphene-on-ZnO hexagonal rod arrays | |
| Jagani et al. | Self-biased and biased photo-sensitivity of Tin Mono-Selenide (SnSe) photonic crystal Photodetector under poly/monochromatic light |