【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及太赫茲探測(cè)器件，具體涉及一種非線性霍爾太赫茲整流裝置及其制備方法。
技術(shù)介紹
1、非線性霍爾效應(yīng)是指在外加電場(chǎng)或電流下，材料中出現(xiàn)的霍爾電壓不隨電場(chǎng)或電流線性變化的效應(yīng)。通常情況下，霍爾效應(yīng)描述的是在磁場(chǎng)作用下電荷載流時(shí)所產(chǎn)生的橫向電場(chǎng)現(xiàn)象，而非線性霍爾效應(yīng)則是指在非線性條件下，這種橫向電場(chǎng)的變化不再是線性關(guān)系，縱向電流和橫向輸出電壓為二次關(guān)系。非線性霍爾效應(yīng)的研究對(duì)于理解材料的電子輸運(yùn)性質(zhì)和開發(fā)新型電子器件具有重要意義。在實(shí)際應(yīng)用中，非線性霍爾效應(yīng)被廣泛應(yīng)用于太赫茲整流、微波倍頻和能量收集等領(lǐng)域。通過研究非線性霍爾效應(yīng)，可以揭示材料的微觀電子結(jié)構(gòu)和輸運(yùn)特性，為新型功能材料和器件的設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。
2、然而，在當(dāng)前的非線性霍爾效應(yīng)研究中，存在一些關(guān)鍵挑戰(zhàn)需要克服。首先，實(shí)驗(yàn)通常需要在極低溫條件下進(jìn)行，這限制了該效應(yīng)在實(shí)際應(yīng)用中室溫下的可行性和實(shí)用性。其次，盡管觀察到了非線性霍爾效應(yīng)，國(guó)際上也僅將其應(yīng)用在低頻(＜10ghz)電磁波整流上。此外，鑒于現(xiàn)有長(zhǎng)波紅外波段光電探測(cè)技術(shù)的巨大應(yīng)用需求和長(zhǎng)期存在的技術(shù)瓶頸，基于低維量子光電材料的體系，利用對(duì)電子態(tài)的操控實(shí)現(xiàn)高速光誘導(dǎo)電荷分離的新機(jī)制，有效抑制了暗電流的產(chǎn)生，這突破了傳統(tǒng)器件電荷輸運(yùn)特征受截止頻率或波長(zhǎng)的制約，有望制備出全波段的霍爾整流器。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于提供一種非線性霍爾太赫茲整流裝置及其制備方法，借助非線性霍爾效應(yīng)這一機(jī)理，實(shí)現(xiàn)了鈮銥碲材料非線性霍爾整流裝置在室溫太赫茲波段無外
2、一種非線性霍爾太赫茲整流裝置，包括自下而上的襯底、氧化層、吸收層和電極；襯底由本征高阻硅制成，氧化層由二氧化硅制成，吸收層是外爾半金屬薄膜，電極是四端金屬電極。
3、外爾半金屬薄膜是鈮銥碲(nbirte4)薄膜。
4、鈮銥碲(nbirte4)薄膜厚度為15-100nm。
5、襯底的電阻率為10000-20000ω·cm,厚度為200-600μm；氧化層厚度為200-500nm。
6、襯底的電阻率為20000ω·cm,厚度為500μm；氧化層厚度為300nm。
7、四端金屬電極是分為上、下兩層的復(fù)合金屬電極，上層金屬是金，其厚度為45-100nm，下層金屬是鉻，其厚度為5-25nm。
8、金的厚度為75nm，鉻的厚度為15nm。
9、如前所述的非線性霍爾太赫茲整流裝置的制備方法，所述方法包括以下步驟：
10、步驟一，采用助熔劑法制備鈮銥碲(nbirte4)單晶體；
11、步驟二，將鈮銥碲(nbirte4)單晶體機(jī)械剝離，制備厚度為15-100nm鈮銥碲(nbirte4)薄膜；
12、步驟三：將鈮銥碲(nbirte4)薄膜轉(zhuǎn)移至氧化層表面上制成吸收層；
13、步驟四：利用聚焦離子束刻蝕的方法，在鈮銥碲(nbirte4)薄膜制成的吸收層上刻蝕出十字架型；
14、步驟五：在吸收層上刻蝕出的十字架型上涂附光刻膠，再依次采用電子束曝光、電子束蒸鍍和剝離工序，制成四端金屬電極，從而完成非線性太赫茲霍爾器件制作；
15、步驟六：將步驟五制成的非線性太赫茲霍爾器件設(shè)置于pcb底座上，鍵合引線，制成非線性太赫茲霍爾整流裝置。
16、在步驟六之后還包括檢測(cè)步驟，檢測(cè)步驟是：
17、步驟七，對(duì)步驟六制成的非線性太赫茲霍爾整流裝置使用低頻鎖相放大法，實(shí)驗(yàn)觀測(cè)室溫狀態(tài)下非線性霍爾效應(yīng)的在鈮銥碲(nbirte4)薄膜中產(chǎn)生；
18、步驟八：在步驟七中的基礎(chǔ)上，進(jìn)行高頻太赫茲波的整流實(shí)驗(yàn)，沿著裝置的縱向施加線性太赫茲波，在裝置的橫向收集到直流電信號(hào)。
19、本專利技術(shù)的有益效果是：
20、1、本征高阻硅作為襯底材料，其高電阻率能夠有效減少襯底對(duì)太赫茲光的散射；2、外爾半金屬鈮銥碲(nbirte4)是一種非中心對(duì)稱量子材料，非中心對(duì)稱量子材料的關(guān)鍵特征之一就是反演對(duì)稱的破缺，導(dǎo)致了動(dòng)量空間中出現(xiàn)非零貝里曲率，因此在布里淵區(qū)積分產(chǎn)生凈的貝里曲率偶極子，從而誘發(fā)出非線性霍爾效應(yīng)。利用該效應(yīng)產(chǎn)生強(qiáng)非線性輸出信號(hào)，可應(yīng)用于倍頻、高頻電磁波收集和通過整流進(jìn)行無線檢測(cè)；3、為保證非線性霍爾效應(yīng)測(cè)試的準(zhǔn)確性，利用聚焦離子束刻蝕方法，將外爾半金屬薄膜刻蝕成十字幾何結(jié)構(gòu)，極大程度上排除熱電誤差等接觸虛假電勢(shì)差，影響非線性霍爾電壓的測(cè)量；4、利用非中心對(duì)稱量子材料具備巨大的貝里曲率偶極子，首次實(shí)驗(yàn)觀測(cè)出鈮銥碲(nbirte4)的室溫非線性霍爾效應(yīng)；5、同時(shí)利用簡(jiǎn)易的十字幾何結(jié)構(gòu)，也能夠?qū)⒀乜v向輻射的振蕩太赫茲光場(chǎng)耦合，通過貝里曲率誘導(dǎo)的非線性霍爾效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了橫向端的直流電信號(hào)的產(chǎn)生，這個(gè)過程不涉及任何外場(chǎng)的幫助，從而實(shí)現(xiàn)無外場(chǎng)下的室溫寬譜太赫茲光學(xué)整流，波段范圍為0.02-0.82thz，提高信噪比，實(shí)現(xiàn)高靈敏探測(cè)。
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1.一種非線性霍爾太赫茲整流裝置，包括自下而上的襯底(1)、氧化層(2)、吸收層(3)和電極；其特征在于：襯底(1)由本征高阻硅制成，氧化層(2)由二氧化硅制成，吸收層(3)是外爾半金屬薄膜，電極是四端金屬電極(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非線性霍爾太赫茲整流裝置，其特征在于：外爾半金屬薄膜是鈮銥碲薄膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非線性霍爾太赫茲整流裝置，其特征在于：鈮銥碲薄膜厚度為15-100nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非線性霍爾太赫茲整流裝置，其特征在于：襯底(1)的電阻率為10000-20000Ω·cm,厚度為200-600μm；氧化層(2)厚度為200-500nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的非線性霍爾太赫茲整流裝置，其特征在于：襯底(1)的電阻率為20000Ω·cm,厚度為500μm；氧化層(2)厚度為300nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非線性霍爾太赫茲整流裝置，其特征在于：四端金屬電極(4)是分為上、下兩層的復(fù)合金屬電極，上層金屬是金，其厚度為45-100nm，下層金屬是鉻，其厚度為5-25nm。p>
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的非線性霍爾太赫茲整流裝置，其特征在于：金的厚度為75nm，鉻的厚度為15nm。
8.一種如權(quán)利要求2-7中任一項(xiàng)所述的非線性霍爾太赫茲整流裝置的制備方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的非線性霍爾太赫茲整流裝置的制備方法，其特征在于：在步驟六之后還包括檢測(cè)步驟，檢測(cè)步驟是：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種非線性霍爾太赫茲整流裝置，包括自下而上的襯底(1)、氧化層(2)、吸收層(3)和電極；其特征在于：襯底(1)由本征高阻硅制成，氧化層(2)由二氧化硅制成，吸收層(3)是外爾半金屬薄膜，電極是四端金屬電極(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非線性霍爾太赫茲整流裝置，其特征在于：外爾半金屬薄膜是鈮銥碲薄膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的非線性霍爾太赫茲整流裝置，其特征在于：鈮銥碲薄膜厚度為15-100nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非線性霍爾太赫茲整流裝置，其特征在于：襯底(1)的電阻率為10000-20000ω·cm,厚度為200-600μm；氧化層(2)厚度為200-500nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的非線性霍爾太赫茲...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王林，胡震，潘曉凱，張凱旋，陳效雙，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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