【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于中波紅外探測，具體涉及一種基于微結構調控的鉭鎳硒中紅外探測器及其應用。
技術介紹
1、中紅外波段涵蓋了大氣的多個透射窗口，具有作用距離遠、穿透霧霾能力強、抗干擾性好等優點，因此在生醫成像、環境監測、工業檢測、紅外制導等民用與軍用領域都具有廣泛的應用，然而由于中紅外波段的光子能量較小，實現對其高精度、高靈敏的探測與調控面臨著諸多挑戰。例如，在中紅外探測器方面，傳統的基于碲鎘汞等半導體材料的探測器通常需要低溫制冷,且面臨著制備工藝難度大、成本高、暗計數大等技術瓶頸致使目前的中紅外探測具有噪聲大、響應速度慢、無法實現高分辨率成像等問題而在中紅外光學調控器件方面。近年來，二維材料的興起為中紅外探測提供了新的方向，黑磷作為其中的代表性材料，以其窄帶隙、高載流子遷移率和強光物質相互作用，使其在紅外光電探測器中表現出巨大的應用潛力，然而由于其空氣中穩定性的問題限制了其停留在實驗室研究階段。一種新型的三元硫層狀化合物鉭鎳硒ta2nise5，其層間通過微弱的范德華作用力結合，層內由兩個tase6八面體單鏈和nise4四面體單鏈組成的周期性鋸齒形鏈展開，這種獨特的鏈結構產生了強大的平面各向異性，與常規的過渡金屬二硫化物tmdcs不同，ta2nise5無論其厚度如何變化，都保持不變的直接窄帶隙，這種獨特的原子和能帶結構賦予了ta2nise5出色的光吸收效率和穩定性，已有研究報道了ta2nise5的寬光譜可見到中紅外響應、偏振敏感性和材料的各向異性。
2、ta2nise5的光電響應主要依賴于光生載流子的分離和傳輸，在中紅外波段
3、可見，盡管ta2nise5有著優異的寬光譜探測功能，但是其光電響應機制限制了其對中紅外輻射的探測能力，并且無法實現自驅動光電探測，這將大大降低其在各種通信以及成像應用中的前景。
4、因此，如何解決ta2nise5中波紅外探測器的問題，且提供一種高響應率以及自驅動探測能力是本領域技術人員亟待解決的技術問題。
技術實現思路
1、本專利技術的第一個目的在于，針對現有技術中的問題，提供一種基于微結構調控的鉭鎳硒中紅外探測器。
2、為此，本專利技術的上述目的通過以下技術方案實現：
3、一種基于微結構調控的鉭鎳硒中紅外探測器，其特征在于：在本征高阻硅襯底上設置二氧化硅層，二氧化硅層上設有等離激元微結構，整體呈長方形，等離激元微結構包括兩個十字形等離激元微結構，兩者設有間距地呈交叉指狀分布，各十字形等離激元微結構分別與第一正電極和第一負電極連接；十字形等離激元金屬微結構包括若干十字形共振結構單元，均勻分布在交叉指狀結構上；二氧化硅層上還設有光柵結構，整體呈長方形，所述光柵結構與等離激元微結構有間距地設置，所述光柵結構包括兩個光柵微結構，兩個光柵微結構有間隔地呈交叉指狀分布，各光柵微結構分別與第二正電極和第二負電極連接；等離激元微結構和光柵結構上覆有一鉭鎳硒納米片，所述鉭鎳硒納米片上覆有六方氮化硼納米片保護層；
4、等離激元微結構、光柵微結構為復合金屬結構，上層金屬為金，通過鉭鎳硒納米片中的鉭鎳硒與金的能帶對準，協同等離激元微結構產生的局域共振增強效應和光柵微結構增強入射光耦合，增強了探測器的中紅外吸收，實現了室溫下增強中紅外響，在室溫下實現中紅外自驅動探測。
5、在采用上述技術方案的同時，本專利技術還可以采用或者組合采用如下技術方案：
6、作為本專利技術的優選技術方案：等離激元微結構的下層金屬為鉻，厚度是10?nm，上層金屬為金，厚度是50?nm，整體大小為30?μm×30?μm；
7、十字形等離激元微結構包括6個十字形等離激元列，十字形等離激元列以指狀的形式排列，寬為0.2?μm，間距為0.9μm，十字形共振結構單元均勻分布在各十字形等離激元列上，每個十字形共振結構單元的等離激元的偶極子長為1.6?μm，寬為0.1?μm，十字形共振結構單元的結構周期為2.5?μm。
8、作為本專利技術的優選技術方案：光柵結構為鉻金復合結構，下層金屬為鉻，作為粘附層，厚度是10?nm，上層金屬為金，厚度是50?nm，整體大小為30?μm×30?μm；
9、柵微結構包括6個光柵微列，光柵微列以指狀的形式排列，各光柵微列呈矩形，寬為0.2?μm，各光柵微列的周期為2.5?μm。
10、作為本專利技術的優選技術方案：所述本征高阻硅襯底的電阻率為>10000?ω·cm，厚度為500?μm；
11、所述二氧化硅層的厚度為300nm；
12、所述鉭鎳硒納米片的厚度為95nm；
13、所述六方氮化硼納米片的厚度為15nm。
14、作為本專利技術的優選技術方案：所述第一正電極、第一負電極、第二正電極和第二負電極選用鉻金復合電極，下層金屬為鉻，作為粘附層，厚度是10nm，上層金屬為金，厚度是50nm，四個接觸電極整體大小均為100?μm×100μm。
15、本專利技術的第二個目的在于，針對現有技術中的問題，提供一種基于微結構調控的鉭鎳硒中紅外探測器的應用。
16、為此，本專利技術的上述目的通過以下技術方案實現：
17、應用于信號接收器進行目標數據流傳輸，將光信號轉換為電信號，由前置放大器、鎖相放大器以及示波器收集讀取信號，最終在電腦端譯碼實現光電流采集，并且對于響應率、響應速度和自驅動探測等關鍵性能參數進行評估。
18、與現有技術相比，本專利技術的一種基于微結構調控的鉭鎳硒中紅外探測器及其應用具有以下有益效果：在中紅外激發下，利用鉭鎳硒與金的能帶對準，與微結構中的等離激元微結構和光柵結構實現微結構區的中紅外吸收增強和非對稱的溫度分布的協同作用，顯著提高探測器的性能；等離激元微結構的超表面引入了一種基于熱載流子注入的新型光電探測機制，實現了對低能光子的超高速探測，極大提升了響應速度；利用了強耦合的金/鉭鎳硒異質結構中的界面電荷轉移躍遷路徑，直接激發電子產生熱電子，通過光電與光熱物理過程的相互耦合，在室溫下，實現高效的中紅外自驅動探測、高響應速度、高效率、高性能的紅外探測，在光探測
極具應用前景。
【技術保護點】
1.一種基于微結構調控的鉭鎳硒中紅外探測器，其特征在于：在本征高阻硅襯底上設置二氧化硅層，二氧化硅層上設有等離激元微結構，整體呈長方形，等離激元微結構包括兩個十字形等離激元微結構，兩者設有間距地呈交叉指狀分布，各十字形等離激元微結構分別與第一正電極和第一負電極連接；十字形等離激元金屬微結構包括若干十字形共振結構單元，均勻分布在交叉指狀結構上；二氧化硅層上還設有光柵結構，整體呈長方形，所述光柵結構與等離激元微結構有間距地設置，所述光柵結構包括兩個光柵微結構，兩個光柵微結構有間隔地呈交叉指狀分布，各光柵微結構分別與第二正電極和第二負電極連接；等離激元微結構和光柵結構上覆有一鉭鎳硒納米片，所述鉭鎳硒納米片上覆有六方氮化硼納米片保護層；
2.?如權利要求1所述基于微結構調控的鉭鎳硒中紅外探測器，其特征在于：等離激元微結構的下層金屬為鉻，厚度是10?nm，上層金屬為金，厚度是50?nm，整體大小為30?μm×30μm；
3.?如權利要求1所述基于微結構調控的鉭鎳硒中紅外探測器，其特征在于：光柵結構為鉻金復合結構，下層金屬為鉻，作為粘附層，厚度是10?nm，上層金屬為
4.?如權利要求1所述基于微結構調控的鉭鎳硒中紅外探測器，其特征在于：所述本征高阻硅襯底的電阻率為>10000?Ω·cm，厚度為500?μm；
5.?如權利要求1所述基于微結構調控的鉭鎳硒中紅外探測器，其特征在于：所述第一正電極、第一負電極、第二正電極和第二負電極選用鉻金復合電極，下層金屬為鉻，作為粘附層，厚度是10?nm，上層金屬為金，厚度是50?nm，四個接觸電極整體大小均為100?μm×100μm。
6.?使用權利要求1-?5任一權利要求所述的基于微結構調控的鉭鎳硒中紅外探測器的應用，其特征在于：應用于信號接收器進行目標數據流傳輸，將光信號轉換為電信號，由前置放大器、鎖相放大器以及示波器收集讀取信號，最終在電腦端譯碼實現光電流采集，并且對于響應率、響應速度和自驅動探測等關鍵性能參數進行評估。
...【技術特征摘要】
1.一種基于微結構調控的鉭鎳硒中紅外探測器，其特征在于：在本征高阻硅襯底上設置二氧化硅層，二氧化硅層上設有等離激元微結構，整體呈長方形，等離激元微結構包括兩個十字形等離激元微結構，兩者設有間距地呈交叉指狀分布，各十字形等離激元微結構分別與第一正電極和第一負電極連接；十字形等離激元金屬微結構包括若干十字形共振結構單元，均勻分布在交叉指狀結構上；二氧化硅層上還設有光柵結構，整體呈長方形，所述光柵結構與等離激元微結構有間距地設置，所述光柵結構包括兩個光柵微結構，兩個光柵微結構有間隔地呈交叉指狀分布，各光柵微結構分別與第二正電極和第二負電極連接；等離激元微結構和光柵結構上覆有一鉭鎳硒納米片，所述鉭鎳硒納米片上覆有六方氮化硼納米片保護層；
2.?如權利要求1所述基于微結構調控的鉭鎳硒中紅外探測器，其特征在于：等離激元微結構的下層金屬為鉻，厚度是10?nm，上層金屬為金，厚度是50?nm，整體大小為30?μm×30μm；
3.?如權利要求1所述基于微結構調控的鉭鎳硒中紅外探測...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張力波，侯時聰，張拾，蕭克寧，莫雯淇，溫元峰，張運鐸，張凱旋，郭旭光，陳效雙，
申請(專利權)人：國科大杭州高等研究院，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。