【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于光電子器件，具體地，涉及一種基于相變材料的多功能波導型光電子器件及其應用。
技術介紹
1、隨著人工智能時代信息的爆炸式增長，人們對計算系統的高效性需求也在極速增長。光學神經網絡能夠以更精確的信息提取和更少的網絡參數實現高效計算，被認為是未來神經形態學硬件處理器的理想候選者。光子器件其固有的高并行性、高計算帶寬帶來了光計算的獨特優勢。光電探測器作為承擔了高速光通信、光計算系統的信號轉換核心組件，正朝著向更高響應度、更寬波長范圍、更高帶寬等方向發展。然而作為電光轉換器件，光幾乎全部被轉換為載流子形成電流，具有高損耗特性，并導致單個器件的重構能力有限。
2、相變材料是在相變溫度附近會發生非晶態到晶態的結構轉變，形成絕緣態到金屬態的電子結構變化，從而引起相變前后光學常數的顯著差異，并用于調控特定光學性能的功能材料。相變材料具有可重復擦寫的能力，同時還具備非易失性，可以重構光子回路，在光計算具有很大應用潛力。
3、現有技術cn?106782645?b公開一種基于相變納米線的集成型光電存儲器件及其測試方法，該器件目的是實現多級存儲，通過給電極施加電脈沖或擦寫光脈沖使得納米線發生相變。其光強探測是將光從光柵引出、通過外部的光電探測器監測透過率進行的，因而該器件本身不具有光電探測器的功能，因此該技術大大削弱了相變材料器件的可擴展性與可重構功能數。現有技術cn?110739359?a公開一種α相gete寬光譜紅外探測器及其制備方法，該技術通過在基底上直接乘積α相gete光敏層再沉積金屬電極層實現紅外探測器，用
技術實現思路
1、針對現有技術的缺陷，本專利技術提供一種基于相變材料的多功能波導型光電子器件，解決現有技術存在的探測器功能單一、無法重構的技術問題，達到具備多種功能、可重構、高集成度的光電子器件的技術效果。
2、根據本專利技術第一方面，提供一種基于相變材料的光電子器件，其結構具體為：自下而上依次包括基底層、下包層、光波導、相變材料層、相變材料緩沖層，所述光波導包括p型摻雜波導、n型摻雜波導、未摻雜波導，所述p型摻雜波導、n型摻雜波導分別位于所述未摻雜波導的兩端，所述相變材料層覆蓋所述未摻雜波導，所述相變材料緩沖層完全覆蓋所述相變材料層，所述p型摻雜波導及n型摻雜波導頂部分別連接第一金屬電極、第二金屬電極，所述p型摻雜波導、n型摻雜波導、未摻雜波導、及相變材料緩沖層未覆蓋的面均被上包層包覆；所述第一金屬電極、第二金屬電極的頂部露出所述上包層。
3、根據本專利技術另一方面，提供一種基于相變材料的光電子器件，其結構具體為：自下而上依次包括基底層、下包層、光波導、相變材料緩沖層，所述光波導包括p型摻雜波導、n型摻雜波導、未摻雜波導，所述p型摻雜波導、n型摻雜波導分別位于所述未摻雜波導的兩端，所述未摻雜波導頂部設有凹槽，所述凹槽內填充相變材料層，所述相變材料層的頂部覆蓋所述相變材料緩沖層；所述p型摻雜波導及n型摻雜波導上部分別連接第一金屬電極、第二金屬電極，所述p型摻雜波導、n型摻雜波導、未摻雜波導、及相變材料緩沖層覆蓋的面均被上包層包覆，所述第一金屬電極、第二金屬電極的頂部露出所述上包層。
4、根據本專利技術另一方面，提供一種基于相變材料的光電子器件，其結構具體為：自下而上依次包括基底層、下包層、未摻雜光波導、相變材料層、相變材料緩沖層，所述相變材料層覆蓋所述未摻雜光波導的中間區域，所述未摻雜光波導的四周邊緣未覆蓋所述相變材料層，所述相變材料層的內部兩端分別間隔包埋p型摻雜波導及n型摻雜波導，所述相變材料層的頂部兩端分別與第一金屬電極、第二金屬電極連接，所述相變材料緩沖層覆蓋所述相變材料層頂部未被第一金屬電極、第二金屬電極覆蓋的區域，所述未摻雜光波導、相變材料層、相變材料緩沖層未覆蓋的面均被上包層包覆，所述第一金屬電極、第二金屬電極的頂部露出所述上包層。
5、優選地，所述相變材料層的材料選自gexte1-x、sbxse1-x、sbxs1-x、sbxte1-x、gexs1-x、gexse1-x、gexsbyte1-x-y、gexseyte1-x-y、gexsbyszse1-x-y-z、gexsbysezte1-x-y-z中的一種或多種；當所述相變材料層的材料為gexte1-x、sbxse1-x、sbxs1-x、sbxte1-x、gexs1-x、gexse1-x時，x選自0～1；當所述相變材料層的材料為gexsbyte1-x-y、gexseyte1-x-y時，其中x選自0～1，y選自0～1，1-x-y選自0～1；當所述相變材料層的材料選自gexsbyszse1-x-y-z、gexsbysezte1-x-y-z，其中x選自0～1，y選自0～1，z選自0～1，1-x-y-z選自0～1；x、y、z均表示各元素的摩爾百分數。
6、優選地，所述相變材料緩沖層的材料選自氧化鋁或氮化鋁。
7、優選地，所述未摻雜光波導為條形波導或脊型波導。
8、根據本專利技術另一方面，提供一種所述的基于相變材料的光電子器件的應用，給所述光電子器件施加正偏壓脈沖，使所述相變材料從晶態轉化為非晶態，此時所述光電子器件用作加熱器或波導移相器。
9、根據本專利技術另一方面，提供一種所述的基于相變材料的光電子器件的應用，給所述光電子器件施加第一正偏壓脈沖，使所述相變材料從晶態完全轉化為非晶態，然后對所述光電子器件施加第二正偏壓脈沖，使所述相變材料從非晶態轉化為晶態，此時所述光電子器件用作光衰減器或光探測器或波導移相器，所述第一正偏壓脈沖的電壓大于所述第二正偏壓脈沖電壓，所述第一正偏壓脈沖的脈沖時間小于所述第二正偏壓脈沖的脈沖時間。
10、優選地，當光電子器件用作光探測器時，對所述光探測器施加負偏壓。
11、優選地，所述負偏壓幅值為50v以下。
12、總體而言，通過本專利技術所構思的以上技術方案與現有技術相比，主要具備以下的技術優點：
13、1、本專利技術提供的一種基于相變材料的多功能光電子器件，具有多種功能，對所述光電子器件施加電壓大、脈沖時間短的脈沖電壓，使所述相變材料從晶態完全轉化為非晶態，此時，光波導處于低損耗狀態，可以將所述光電子器件用作加熱器或波導移相器；然后對所述光電子器件施加電壓小脈沖時間長的脈沖電壓，以對所述光電子器件進行加熱至晶化溫度，使所述相變材料從非晶態部分或完全轉化為晶態，光波導處于高損耗狀態，可以將所述光電子器件用作光衰減器或光探測器。
14、2、本專利技術提供的一種基于相變材料的多功能光電子器件，當所述光電子器件用作光探測器時，所述相變材料吸收光并產生載流子，對所述光探測器施加負偏本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于相變材料的光電子器件，其特征在于，其結構具體為：自下而上依次包括基底層(1)、下包層(2)、光波導(3)、相變材料層(34)、相變材料緩沖層(35)，所述光波導(3)包括P型摻雜波導(31)、N型摻雜波導(32)、未摻雜波導(33)，所述P型摻雜波導(31)、N型摻雜波導(32)分別位于所述未摻雜波導(33)的兩端，所述相變材料層(34)覆蓋所述未摻雜波導(33)，所述相變材料緩沖層(35)完全覆蓋所述相變材料層(34)，所述P型摻雜波導(31)及N型摻雜波導(32)頂部分別連接第一金屬電極(51)、第二金屬電極(52)，所述P型摻雜波導(31)、N型摻雜波導(32)、未摻雜波導(33)、及相變材料緩沖層(35)未覆蓋的面均被上包層(4)包覆，所述第一金屬電極(51)、第二金屬電極(52)的頂部露出所述上包層(4)。
2.一種基于相變材料的光電子器件，其特征在于，其結構具體為：自下而上依次包括基底層(1)、下包層(2)、光波導(3)、相變材料緩沖層(35)，所述光波導(3)包括P型摻雜波導(31)、N型摻雜波導(32)、未摻雜波導(33)，所述P型摻雜波導
3.一種基于相變材料的光電子器件，其特征在于，其結構具體為：自下而上依次包括基底層(1)、下包層(2)、未摻雜光波導(33)、相變材料層(34)、相變材料緩沖層(35)，所述相變材料層(34)覆蓋所述未摻雜光波導(33)的中間區域，所述未摻雜光波導(33)的四周邊緣未覆蓋所述相變材料層(34)，所述相變材料層(34)的內部兩端分別間隔包埋P型摻雜波導(31)及N型摻雜波導(32)，所述相變材料層(34)的頂部兩端分別與第一金屬電極(51)、第二金屬電極(52)連接，所述相變材料緩沖層(35)覆蓋所述相變材料層(34)頂部未被第一金屬電極(51)、第二金屬電極(52)覆蓋的區域，所述未摻雜光波導(33)、相變材料層(34)、相變材料緩沖層(35)未覆蓋的面均被上包層(4)包覆，所述第一金屬電極(51)、第二金屬電極(52)的頂部露出所述上包層(4)。
4.根據權利要求1-3中任意一項所述的一種基于相變材料的光電子器件，其特征在于，所述相變材料層(34)的材料選自GexTe1-x、SbxSe1-x、SbxS1-x、SbxTe1-x、GexS1-x、GexSe1-x、GexSbyTe1-x-y、GexSeyTe1-x-y、GexSbySzSe1-x-y-z、GexSbySezTe1-x-y-z中的一種或多種；當所述相變材料層(34)的材料為GexTe1-x、SbxSe1-x、SbxS1-x、SbxTe1-x、GexS1-x、GexSe1-x時，x選自0～1；當所述相變材料層(34)的材料為GexSbyTe1-x-y、GexSeyTe1-x-y時，其中x選自0～1，y選自0～1，1-x-y選自0～1；當所述相變材料層(34)的材料選自GexSbySzSe1-x-y-z、GexSbySezTe1-x-y-z，其中x選自0～1，y選自0～1，z選自0～1，1-x-y-z選自0～1；x、y、z均表示各元素的摩爾百分數。
5.根據權利要求1-3中任意一項所述的一種基于相變材料的光電子器件，其特征在于，所述相變材料緩沖層(35)的材料選自氧化鋁或氮化鋁。
6.根據權利要求1-3中任意一項所述的一種基于相變材料的光電子器件，其特征在于，所述未摻雜光波導(33)為條形波導或脊型波導。
7.根據權利要求1-6中任意一項所述的一種基于相變材料的光電子器件的應用，其特征在于，給所述光電子器件施加正偏壓脈沖，使所述相變材料從晶態轉化為非晶態，此時所述光電子器件用作加熱器或波導移相器。
8.根據權利要求1-6中任意一項所述的一種基于相變材料的光電子器件的應用，其特征在于，給所述光電子器件施加第一正偏壓脈沖，使所述相變材料從晶態完全轉化為非晶態，然后對所述光電子器件施加第二正偏壓脈沖，使所述相變材料從非晶態轉化為晶態，此時所述光電子器件用作光衰減器或光探測器或波導移相器，所述第一正偏壓脈沖的電壓大于所述第二正偏壓脈沖電...
【技術特征摘要】
1.一種基于相變材料的光電子器件，其特征在于，其結構具體為：自下而上依次包括基底層(1)、下包層(2)、光波導(3)、相變材料層(34)、相變材料緩沖層(35)，所述光波導(3)包括p型摻雜波導(31)、n型摻雜波導(32)、未摻雜波導(33)，所述p型摻雜波導(31)、n型摻雜波導(32)分別位于所述未摻雜波導(33)的兩端，所述相變材料層(34)覆蓋所述未摻雜波導(33)，所述相變材料緩沖層(35)完全覆蓋所述相變材料層(34)，所述p型摻雜波導(31)及n型摻雜波導(32)頂部分別連接第一金屬電極(51)、第二金屬電極(52)，所述p型摻雜波導(31)、n型摻雜波導(32)、未摻雜波導(33)、及相變材料緩沖層(35)未覆蓋的面均被上包層(4)包覆，所述第一金屬電極(51)、第二金屬電極(52)的頂部露出所述上包層(4)。
2.一種基于相變材料的光電子器件，其特征在于，其結構具體為：自下而上依次包括基底層(1)、下包層(2)、光波導(3)、相變材料緩沖層(35)，所述光波導(3)包括p型摻雜波導(31)、n型摻雜波導(32)、未摻雜波導(33)，所述p型摻雜波導(31)、n型摻雜波導(32)分別位于所述未摻雜波導(33)的兩端，所述未摻雜波導(33)頂部設有凹槽，所述凹槽內填充相變材料層(34)，所述相變材料層(34)的頂部覆蓋所述相變材料緩沖層(35)；所述p型摻雜波導(31)及n型摻雜波導(32)上部分別連接第一金屬電極(51)、第二金屬電極(52)，所述p型摻雜波導(31)、n型摻雜波導(32)、未摻雜波導(33)、及相變材料緩沖層(35)未覆蓋的面均被上包層(4)包覆，所述第一金屬電極(51)、第二金屬電極(52)的頂部露出所述上包層(4)。
3.一種基于相變材料的光電子器件，其特征在于，其結構具體為：自下而上依次包括基底層(1)、下包層(2)、未摻雜光波導(33)、相變材料層(34)、相變材料緩沖層(35)，所述相變材料層(34)覆蓋所述未摻雜光波導(33)的中間區域，所述未摻雜光波導(33)的四周邊緣未覆蓋所述相變材料層(34)，所述相變材料層(34)的內部兩端分別間隔包埋p型摻雜波導(31)及n型摻雜波導(32)，所述相變材料層(34)的頂部兩端分別與第一金屬電極(51)、第二金屬電極(52)連接，所述相變材料緩沖層(35)覆蓋所述相變材料層(34)頂部未被第一金屬電極(51)、第二金屬電極(52)覆蓋的區域，所述未摻雜光波導(33)、相變材料層(34)、相變材料緩沖層(3...
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