本發(fā)明涉及利用半導體工藝制備具有邏輯光電子功能的器件結構。

背景技術：

傳統(tǒng)的半導體材料，例如硅，它的載流子類型(p型或n型)主要通過元素摻雜實現(xiàn)，一旦形成摻雜，就無法動態(tài)的實現(xiàn)半導體材料在不同類型電荷摻雜之間的轉換。對于一個硅的pn結，一旦形成之后，柵極電壓只能在pn結的范圍內對硅的載流子濃度進行調控，而不能把硅pn結調控成非pn結；對于一個n型硅，柵極電壓只能實現(xiàn)電子濃度的調控，而不能把n型硅調控成p型硅或pn結，反之亦然。眾所周知，pn結與單一的p型或n型半導體材料具有不同的光電子性能，其中pn結具有光伏性能，可以做發(fā)光二極管(LED)，而單一的p型材料或n型材料不具有光伏性能和發(fā)光二極管性能。由于在傳統(tǒng)的半導體材料中，柵極電壓無法實現(xiàn)半導體材料在p型和n型之間的動態(tài)調控，因而也無法實現(xiàn)柵極電壓對半導體材料光電子(光伏或者LED)性能的邏輯調控。

一些納米材料，如WSe₂二維晶體，黑磷二維晶體以及碳納米管等，它們的載流子類型可以通過柵極電壓調制，在p型和n型之間動態(tài)轉變(以下簡稱這種材料為雙極性半導體材料)。利用這種性質，人們可以通過制備不同的半柵極結構，制備其光伏器件或發(fā)光二極管(LED)器件。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種具有可以通過半柵極電壓實現(xiàn)晶體管器件溝道層光電子性能的邏輯調控功能的器件及其應用，即柵極電壓對器件在不同光電轉換性能狀態(tài)之間的邏輯調控功能及其應用。

本發(fā)明需要保護的技術方案為：

一種光電子器件的邏輯應用方法，其特征在于，設計的結構依次為，

包括源極；

包括漏極；

包括溝道層，為雙極性半導體材料；

包括電介質層；

包括柵極，為半柵極結構，即柵極不覆蓋整個溝道層，可以由一個半柵極(圖1)或延伸為多個半柵極組成；

通過在所述半柵極輸入不同的電壓，獲得所述溝道層在pn結與非pn結(例如：p⁺p結、n⁺n結等)兩者之間的轉變，使得所述溝道層在一種光電轉換狀態(tài)(定義為1)與另外一種光電轉換狀態(tài)(0態(tài))之間跳變，從而實現(xiàn)柵極電壓對溝道層的光電子性能邏輯調控。

所述溝道層為雙極性半導體，即其載流子類型可以通過外加電場進行調制。

本發(fā)明創(chuàng)造性的首次提出邏輯光電子的功能概念，在該類器件中，輸入信號為光信號(光信號輻照在溝道層上)，輸出信號為電信號，或者反之。我們指出可以通過施加不同的半柵極電壓，使器件在不同的光電轉換性能狀態(tài)之間轉變。該類器件類似于邏輯電子器件。在邏輯電子器件里，柵極電壓可以使溝道層導電狀態(tài)在開啟與夾斷之間轉變，其輸入信號和輸出信號都是電信號。在我們提出的邏輯光電子器件里，柵極電壓可以使溝道層在具有光電轉換性能和沒有光電轉換性能之間轉變，從而形成光電轉換的開啟和夾斷。

本發(fā)明方法作為一種新型的光電子器件單元，有望拓展光電子器件的應用領域。

附圖說明

圖1為本發(fā)明器件結構示意圖。

圖2為延伸的器件結構示意圖。

圖3為實施例的器件結構示意圖。

圖4為實施例的器件功能應用演示。

數(shù)字標記：

1源電極，2漏電極，3雙極性半導體，4電介質層，5半柵電極。

具體實施方式

本發(fā)明器件的結構如圖1、圖2所示，

包括源極；

包括漏極；

包括溝道層，為雙極性半導體材料；

包括電介質層；

包括柵極，為半柵極結構，即柵極不覆蓋整個溝道層，可以由一個半柵極(圖1)或延伸為多個半柵極(圖2)組成。

通過在所述半柵極輸入不同的電壓，獲得所述溝道層在pn結與非pn結兩者之間的轉變，使得所述溝道層在一種光電轉換狀態(tài)(定義為1)與另外一種光電轉換狀態(tài)(0態(tài))之間跳變，從而實現(xiàn)柵極電壓對溝道層的光電子性能邏輯調控。

對于該類器件，其溝道層可以通過半柵極電壓調控在pn結與非pn結之間轉變。由于pn結與非pn結具有不同的光電轉換性能，從而可以通過半柵極電壓實現(xiàn)溝道層在不同光電轉換性能之間的轉變，實現(xiàn)光電子的邏輯調控功能，即可以通過加一個半柵極電壓使溝道層在一種光電轉換狀態(tài)(定義為1)，加另外一個半柵極電壓使其處于另外一個光電轉換狀態(tài)(0態(tài))，從而實現(xiàn)柵極電壓對溝道層的光電子性能邏輯調控。

以下進一步通過實例對本發(fā)明做進一步介紹。

實施例

雙極性半導體WSe₂邏輯光電子器件

該器件采用圖1所示的器件結構，具體結構如圖3所示，其中源電極與漏電極為金，溝道層為雙極性半導體WSe₂二維晶體，電介質層為氮化硼，半柵電極為石墨烯，輸入信號光照射在WSe₂溝道層上，輸出電信號通過源電極、漏電極測量。

如圖4所示，可以看出，當柵極電壓V_G為0V的時候，產生的輸出電信號光伏電壓V_OC接近于0V，這時候該器件處于夾斷(OFF)態(tài)；當柵極電壓V_G為-10V的時候，產生的光伏電壓V_OC大于0.6V，這時候器件處于開啟(ON)態(tài)。