(19)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局(12)發(fā)明專(zhuān)利3501號(hào)(72)發(fā)明人李奎龍王文佳李佩佩黃令企公司37221本發(fā)明公開(kāi)的一種中紅外光探測(cè)器及其制能器和輸出叉指換能器對(duì)稱(chēng)設(shè)置于范德華異質(zhì)過(guò)范德華異質(zhì)結(jié)后的聲表面波信號(hào)并將該信號(hào)增強(qiáng)中紅外光吸收，促進(jìn)光生電子-空穴的空間21.一種中紅外光探測(cè)器，其特征在于，包括壓電基底，在壓電基底上設(shè)置范德華異質(zhì)結(jié)、輸入叉指換能器和輸出叉指換能器；輸入叉指換能器和輸出叉指換能器對(duì)稱(chēng)設(shè)置于范德華異質(zhì)結(jié)的兩側(cè)；輸入叉指換能器，用于根據(jù)交流電信號(hào)產(chǎn)生聲表面波；輸出叉指換能器，用于接收經(jīng)過(guò)范德華異質(zhì)結(jié)后的聲表面波信號(hào)并將該信號(hào)進(jìn)行輸范德華異質(zhì)結(jié)位于輸入叉指換能器和輸出叉指換能器之間的延遲線(xiàn)上；范德華異質(zhì)結(jié)包括石墨烯層和窄帶隙二維半導(dǎo)體；窄帶隙二維半導(dǎo)體材質(zhì)為可以實(shí)現(xiàn)中紅外光探測(cè)的二維材料；無(wú)需在范德華異質(zhì)結(jié)上制備金屬電極，通過(guò)叉指換能器測(cè)試光照下聲表面波頻率、相位變化或透射損耗表征器件光響應(yīng)；響應(yīng)光譜范圍可覆蓋中紅外波段；輸入叉指換能器與交流電源連接，交流電源為輸入叉指換能器提供交流電信號(hào)，通過(guò)輸入叉指換能器的交流電信號(hào)產(chǎn)生聲表面波，聲表面波經(jīng)過(guò)范德華異質(zhì)結(jié)后，到達(dá)輸出叉指換能器；輸出叉指換能器接收經(jīng)過(guò)范德華異質(zhì)結(jié)后的聲表面波信號(hào)，并進(jìn)行輸出，通過(guò)對(duì)輸出叉指換能器輸出聲表面波信號(hào)的頻率、相位或透射損耗變化進(jìn)行分析來(lái)反饋光響應(yīng)，確定光探測(cè)結(jié)果。2.如權(quán)利要求1所述的一種中紅外光探測(cè)器，其特征在于，輸入叉指換能器和輸出叉指換能器均包括一對(duì)匯流電極和多對(duì)叉指電極；多對(duì)叉指電極位于一對(duì)匯流電極之間，并與匯流電極連接。3.如權(quán)利要求1所述的一種中紅外光探測(cè)器，其特征在于，窄帶隙二維半導(dǎo)體為多層。4.如權(quán)利要求1所述的一種中紅外光探測(cè)器，其特征在于，石墨烯層為單層或雙層。5.如權(quán)利要求1所述的一種中紅外光探測(cè)器，其特征在于，壓電基底材質(zhì)為壓電材料。6.如權(quán)利要求1所述的一種中紅外光探測(cè)器，其特征在于，輸入叉指換能器和輸出叉指換能器材質(zhì)為類(lèi)金屬材料或金屬材料。7.如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的一種中紅外光探測(cè)器的制備方法，其特征在于，包括：制備壓電基底；在壓電基底上制備輸入叉指換能器和輸出叉指換能器；在輸入叉指換能器和輸出叉指換能器之間制備范德華異質(zhì)結(jié)。3技術(shù)領(lǐng)域[0001]本發(fā)明涉及光探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種中紅外光探測(cè)器及其制備方法。背景技術(shù)[0002]本部分的陳述僅僅是提供了與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。[0003]隨著人工智能、智慧城市、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)生態(tài)的不斷涌現(xiàn)，光電探測(cè)器向高性探測(cè)器在紅外成像、紅外制導(dǎo)等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值，成為光電探測(cè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。[0004]以石墨烯、黑磷及過(guò)渡金屬硫族化合物為代表的二維材料因其層狀結(jié)構(gòu)、無(wú)表面懸掛鍵、厚度依賴(lài)的能帶結(jié)構(gòu)、光-物質(zhì)強(qiáng)相互作用、可調(diào)的層間耦合特性等受到廣泛關(guān)注。值得一提的是部分窄帶隙二維材料(黑磷、黑砷磷、PdSe?、Ta?NiSe?等)因優(yōu)異的光電特性，特別是寬光譜吸收特性，在紅外探測(cè)領(lǐng)域呈現(xiàn)出重要的應(yīng)用潛力。光響應(yīng)強(qiáng)度和探測(cè)靈敏度是衡量二維范德華中紅外光電探測(cè)器的主要指標(biāo)。光響應(yīng)強(qiáng)度為單位光強(qiáng)下的光生電流，代表了器件的光電轉(zhuǎn)換能力；探測(cè)靈敏度則主要表征器件探測(cè)微弱光信號(hào)的能力。但是窄帶隙二維材料在紅外探測(cè)中面臨的主要挑戰(zhàn)包括一是因尺度效應(yīng)導(dǎo)致的低光吸收率降低了響應(yīng)強(qiáng)度；二是窄帶隙二維材料的高背景載流子濃度導(dǎo)致其較大的暗電流，從而減小了探測(cè)靈敏度。針對(duì)于此，目前采用的主要技術(shù)手段是借助表面等離激元人工微結(jié)構(gòu)，通過(guò)等離激元與紅外光的共振耦合增強(qiáng)提高光吸收，并通過(guò)局域場(chǎng)調(diào)控(比如鐵電場(chǎng)、界面內(nèi)建電場(chǎng)等)抑制暗電流。這類(lèi)器件面臨結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制備工藝難度大等挑戰(zhàn)。[0005]石墨烯作為一種類(lèi)金屬材料，可以產(chǎn)生表面等離激元。石墨烯表面等離激元具有高光場(chǎng)壓縮、高度增強(qiáng)的局域電磁場(chǎng)、動(dòng)態(tài)可調(diào)的光譜響應(yīng)以及較低的本征損耗等優(yōu)異性質(zhì)，極大地促進(jìn)了寬波段表面增強(qiáng)光譜領(lǐng)域(涵蓋近紅外到太赫茲波段)的發(fā)展。激發(fā)石墨烯表面等離激元的納米結(jié)構(gòu)制備通常有兩種方式：一種是通過(guò)光刻將周期性納米結(jié)構(gòu)圖形化到石墨烯上；另一種是通過(guò)石墨烯與其他表面等離子體結(jié)構(gòu)(金屬納米顆粒、量子點(diǎn)、光柵等)耦合。顯然，這兩種方式難以避免造成石墨烯電學(xué)性能(尤其是遷移率)的退化，電極或邊緣散射降低等離激元壽命，進(jìn)而降低相關(guān)探測(cè)器的探測(cè)靈敏度和響應(yīng)度。另一方面為了提高器件偏振敏感性即光生電流二向色性比值，設(shè)計(jì)和制備具有特定偏振選擇性的表面等離激元結(jié)構(gòu)，需要借助精密的納米加工技術(shù)提高精確性，制備過(guò)程復(fù)雜，不僅增加了研究和生產(chǎn)難度，也提高了成本。同時(shí)，金屬納米結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期光照或高溫條件下可能會(huì)發(fā)生形變，這會(huì)影響表面等離激元的性能穩(wěn)定性和光電探測(cè)器的長(zhǎng)期可靠性。此外，上述等離激元結(jié)構(gòu)一旦制備完成，難以進(jìn)行片上調(diào)控。發(fā)明內(nèi)容[0006]本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題，提出了一種中紅外光探測(cè)器及其制備方法，一方面可4以通過(guò)聲表面波在壓電基底表面形成的周期性應(yīng)變場(chǎng)和壓電場(chǎng)，形成石墨烯光柵，從而激發(fā)石墨烯等離激元增強(qiáng)中紅外光吸收；另一方面利用聲表面波產(chǎn)生的應(yīng)變場(chǎng)和壓電場(chǎng)促進(jìn)光生載流子(電子空穴對(duì))的空間分離，抑制光生載流子復(fù)合。進(jìn)而將光電響應(yīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲電信號(hào)，利用聲表面波器件對(duì)聲電相互作用的高靈敏響應(yīng)機(jī)制提高器件響應(yīng)度和探測(cè)靈敏度。[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：[0008]第一方面，提出了一種中紅外光探測(cè)器，包括壓電基底，在壓電基底上設(shè)置范德華異質(zhì)結(jié)、輸入叉指換能器和輸出叉指換能器；輸入叉指換能器和輸出叉指換能器對(duì)稱(chēng)設(shè)置于范德華異質(zhì)結(jié)的兩側(cè)；[0009]輸入叉指換能器，用于根據(jù)交流電信號(hào)產(chǎn)生聲表面波；[0010]輸出叉指換能器，用于接收經(jīng)過(guò)范德華異質(zhì)結(jié)后的聲表面波信號(hào)并將該信號(hào)進(jìn)行輸出。[0011]進(jìn)一步的，輸入叉指換能器和輸出叉指換能器均包括一對(duì)匯流電極和多對(duì)叉指電極；多對(duì)叉指電極位于一對(duì)匯流電極之間，并與匯流電極連接。[0012]進(jìn)一步的，范德華異質(zhì)結(jié)位于輸入叉指換能器和輸出叉指換能器之間的延遲線(xiàn)[0013]進(jìn)一步的，范德華異質(zhì)結(jié)包括石墨烯層和窄帶隙二維半導(dǎo)體。[0014]進(jìn)一步的，窄帶隙二維半導(dǎo)體為多層。[0015]進(jìn)一步的，窄帶隙二維半導(dǎo)體為可以實(shí)現(xiàn)中紅外光探測(cè)的二維材料。[0016]進(jìn)一步的，石墨烯層為單層或雙層。[0017]進(jìn)一步的，壓電基底材質(zhì)為壓電材料。[0018]進(jìn)一步的，輸入叉指換能器和輸出叉指換能器材質(zhì)為類(lèi)金屬材料或金屬材料。[0019]第二方面，提出了一種中紅外光探測(cè)器的制備方法，包括：[0020]制備壓電基底；[0021]在壓電基底上制備輸入叉指換能器和輸出叉指換能器；[0022]在輸入叉指換能器和輸出叉指換能器之間制備范德華異質(zhì)結(jié)。[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：[0024]本發(fā)明提出的一種中紅外光探測(cè)器及其制備方法，所述探測(cè)器包括壓電基底，在壓電基底上設(shè)置范德華異質(zhì)結(jié)、輸入叉指換能器和輸出叉指換能器；輸入叉指換能器和輸出叉指換能器對(duì)稱(chēng)設(shè)置于范德華異質(zhì)結(jié)的兩側(cè)；輸入叉指換能器和輸出叉指換能器均包括一對(duì)匯流電極和多對(duì)叉指電極；多對(duì)叉指電極位于一對(duì)匯流電極之間，并與匯流電極連接；輸入叉指換能器，用于根據(jù)交流電信號(hào)產(chǎn)生聲表面波；輸出叉指換能器，用于接收經(jīng)過(guò)范德華異質(zhì)結(jié)后的聲表面波信號(hào)并將該信號(hào)進(jìn)行輸出；通過(guò)聲表面波在壓電基底表面產(chǎn)生的周期性應(yīng)變場(chǎng)和壓電場(chǎng)，形成一個(gè)可調(diào)制的光學(xué)光柵，達(dá)到對(duì)等離激元的調(diào)制作用，有效增強(qiáng)等離激元與中紅外波的相互作用，提高光吸收；同時(shí)通過(guò)聲表面產(chǎn)生的周期性應(yīng)變場(chǎng)促進(jìn)光生電子-空穴的空間分離，抑制復(fù)合，進(jìn)而借助聲表面波器件對(duì)聲電相互作用的高靈敏響應(yīng)機(jī)制實(shí)現(xiàn)高性能中紅外光探測(cè)。[0025]本發(fā)明附加方面的優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。5附圖說(shuō)明[0026]構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說(shuō)明書(shū)附圖用來(lái)提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。[0027]圖1為實(shí)施例公開(kāi)的一種中紅外光探測(cè)器整體結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式[0029]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。[0030]應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說(shuō)明都是例示性的，旨在對(duì)本申請(qǐng)?zhí)峁┻M(jìn)一步的說(shuō)明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有與本申請(qǐng)所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。[0031]需要注意的是，這里所使用的術(shù)語(yǔ)僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請(qǐng)的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說(shuō)明“底”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，只是為了便于敘述本發(fā)明各部件或元件結(jié)構(gòu)關(guān)系而確定的關(guān)系詞，并非特指本發(fā)明中任一部件或元件，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。也可以是一體地連接或可拆卸連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連。對(duì)于本領(lǐng)域的相關(guān)科研或技術(shù)人員，可以根據(jù)具體情況確定上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。[0035]為了解決當(dāng)前紅外探測(cè)器制備工藝復(fù)雜、成本高且制成后等離激元微納結(jié)構(gòu)難以改變的問(wèn)題，在該實(shí)施例中，公開(kāi)了一種中紅外光探測(cè)器，所述探測(cè)器采用聲表面波延遲線(xiàn)器件結(jié)構(gòu)，選擇合適的壓電基底，在壓電基底上設(shè)計(jì)制備輸入叉指換能器、輸出叉指換能器，以及位于延遲線(xiàn)上的包含石墨烯層和窄帶隙二維半導(dǎo)體的范德華異質(zhì)結(jié)，通過(guò)聲表面波產(chǎn)生的周期性應(yīng)變場(chǎng)和壓電場(chǎng)，形成一個(gè)可調(diào)制的石墨烯光學(xué)光柵，達(dá)到對(duì)石墨烯等離激元的調(diào)制作用，有效增強(qiáng)石墨烯等離激元與中紅外波的相互作用。同時(shí)應(yīng)變場(chǎng)和壓電場(chǎng)可以促進(jìn)光生電子-空穴的空間分離，抑制復(fù)合。進(jìn)而將光電響應(yīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為聲電信號(hào)，借助聲表面器件對(duì)聲電相互作用的高靈敏響應(yīng)機(jī)制實(shí)現(xiàn)高性能中紅外探測(cè)。所述探測(cè)器的主要優(yōu)勢(shì)為：一是石墨烯光柵的形成和等離激元的產(chǎn)生不需要特殊加工工藝，有效避免了對(duì)材料的損傷；二是石墨烯光柵周期可通過(guò)改變叉指換能器電激勵(lì)頻率調(diào)制，而傳統(tǒng)石墨烯圖案化或金屬結(jié)構(gòu)耦合一旦制備就難以改變；三是利用聲表面波產(chǎn)生的應(yīng)變場(chǎng)和局域電場(chǎng)都是微納尺度并可調(diào)控的，可有效抑制光生載流子復(fù)合；四是該探測(cè)器可實(shí)現(xiàn)無(wú)源無(wú)線(xiàn)探測(cè)，滿(mǎn)足復(fù)雜惡劣環(huán)境下需求，并易與集成電路集成形成探測(cè)芯片與系統(tǒng)，未來(lái)可以將其集6符合當(dāng)代人們的需求。[0036]本實(shí)施例公開(kāi)的一種中紅外光探測(cè)器，如圖1所示，包括壓電基底1,在壓電基底上設(shè)置范德華異質(zhì)結(jié)、輸入叉指換能器6和輸出叉指換能器7;輸入叉指換能器6和輸出叉指換能器7對(duì)稱(chēng)設(shè)置于范德華異質(zhì)結(jié)的兩側(cè)；[0037]輸入叉指換能器6,用于根據(jù)交流電信號(hào)產(chǎn)生聲表面波；[0038]輸出叉指換能器7,用于接收經(jīng)過(guò)范德華異質(zhì)結(jié)后的聲表面波信號(hào)并將該信號(hào)進(jìn)行輸出。[0039]壓電基底1表面能夠利用聲表面波形成周期性應(yīng)變場(chǎng)和壓電場(chǎng)，使得石墨烯發(fā)生周期性形變，并且載流子呈現(xiàn)周期性空間分布，形成石墨烯光學(xué)光柵，激發(fā)石墨烯等離激元，增強(qiáng)中紅外光吸收，提高響應(yīng)強(qiáng)度和探測(cè)靈敏度；利用聲表面波在壓電基底表面形成周期性應(yīng)變場(chǎng)和壓電場(chǎng)，導(dǎo)致二維半導(dǎo)體的導(dǎo)帶和價(jià)帶也發(fā)生周期性變化，使得光生電子-空穴在空間中發(fā)生分離，抑制光生載流子復(fù)合；在聲電效應(yīng)機(jī)理下，由范德華異質(zhì)結(jié)在光照下產(chǎn)生的光生載流子與聲表面波器件發(fā)生聲電耦合作用，從而導(dǎo)致器件傳輸特性的變化，引起聲波頻移和透射損耗。借助聲表面波器件對(duì)聲電相互作用的高靈敏響應(yīng)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)高探測(cè)靈敏度，其中，聲表面波器件指去掉范德華異質(zhì)結(jié)那部分后，壓電基底和叉指換能器組成[0040]壓電基底材質(zhì)為壓電材料，如鈮酸鋰(LiNbO?)、氧化鋅(ZnO)或鋯鈦酸鉛壓電陶瓷(PZT)等壓電材料。[0041]范德華異質(zhì)結(jié)位于輸入叉指換能器6和輸出叉指換能器7之間的延遲線(xiàn)上。[0042]范德華異質(zhì)結(jié)包括石墨烯層2和窄帶隙二維半導(dǎo)體3,石墨烯層2疊加于壓電基底1上，窄帶隙二維半導(dǎo)體3疊加于石墨烯層2上，或，窄帶隙二維半導(dǎo)體3疊加于壓電基底1上，石墨烯層2疊加于窄帶隙二維半導(dǎo)體3上。[0043]范德華異質(zhì)結(jié)通過(guò)機(jī)械剝離或生長(zhǎng)沉積方式與壓電基底連接。[0044]窄帶隙二維半導(dǎo)體3為多層。(Ta?NiSe?)等可以實(shí)現(xiàn)中紅外光探測(cè)的二維材料。[0046]石墨烯層2為單層或雙層。[0047]兩個(gè)叉指換能器結(jié)構(gòu)和材質(zhì)均相同，輸入叉指換能器6和輸出叉指換能器7均包括一對(duì)匯流電極4和多對(duì)叉指電極5;多對(duì)叉指電極5位于一對(duì)匯流電極4之間，并與匯流電極4[0048]具體的，輸入叉指換能器6和輸出叉指換能器7均包括一對(duì)匯流電極4和多對(duì)叉指電極5;一對(duì)匯流電極4包括相平行的第一匯流電極和第二匯流電極；每對(duì)叉指電極5均包括第一指部和第二指部，第一匯流電極的一側(cè)設(shè)置多個(gè)第一指部，第二匯流電極靠近第一回流電極的一側(cè)設(shè)置多個(gè)與第一指部配合的第二指部；多個(gè)第二指部與多個(gè)第一指部相互交[0049]輸入叉指換能器和輸出叉指換能器材質(zhì)為類(lèi)金屬材料或金屬材料，其中，金屬材[0050]本實(shí)施例公開(kāi)的一種中紅外光探測(cè)器，無(wú)需在范德華異質(zhì)結(jié)上制備金屬電極，通過(guò)叉指換能器測(cè)試光照下聲表面波頻率、相位變化或透射損耗表征器件光響應(yīng)；響應(yīng)光譜7范圍可覆蓋中紅外波段；通過(guò)聲表面波產(chǎn)生的周期性應(yīng)變場(chǎng)和壓電場(chǎng)，形成一個(gè)可調(diào)制的石墨烯光學(xué)光柵，激發(fā)石墨烯表面等離激元，增強(qiáng)中紅外光吸收，且利用聲表面波產(chǎn)生的應(yīng)變場(chǎng)和局域電場(chǎng)都是微納尺度并可調(diào)控的；石墨烯光柵的形成和等離激元的產(chǎn)生不需要特殊加工工藝，有效避免了對(duì)材料的損傷；石墨烯光柵周期可通過(guò)改變輸入叉指換能器交流電信號(hào)的頻率來(lái)進(jìn)行調(diào)整，而傳統(tǒng)石墨烯圖案化或金屬結(jié)構(gòu)耦合一旦制備就難以改變和片上調(diào)控。[0051]本實(shí)施例公開(kāi)的一種中紅外光探測(cè)器，可通過(guò)周期性應(yīng)變場(chǎng)和壓電場(chǎng)促進(jìn)光生電子-空穴對(duì)的分離，抑制光生載流子復(fù)合，提高器件響應(yīng)度