本發明屬于紅外光電探測，具體涉及一種開放式bic近場增強型紅外光電探測器及制備方法。
背景技術：
1、微納光學結構因其光學共振有效增強光-物質相互作用，對于改善器件靈敏度、響應度、信噪比等性能指標表現出較大應用前景。近年來，國內外研究者基于微納光學結構調控光電響應性能取得了突破性進展，例如，垂直結構f-p腔對于mos2/h-bn/au/sio2垂直型光電探測器響應度具有出色增強效果；此外，超表面作為另一種特殊光學微結構對于調控器件的紅外偏振光響應具有良好作用；同時，超表面完美吸收器可較好用于改善紅外探測器件的光熱電響應；金屬光柵作為另一種光學微結構，研究者發現該結構可以大幅提升bp光電探測器的中波光響應；另一方面，si光子晶體用于器件設計時，可以有效降低器件暗電流；而高q值bic對于解決器件背景噪聲問題表現出出色效果。這些研究共同驗證了微納光學結構在新型光電探測領域的巨大潛力。
2、盡管微納光學結構調控光電探測技術取得顯著進展，但仍面臨三大核心瓶頸：（1）傳統金屬微納結構較大的本征歐姆損耗導致光子能量大量轉化為熱能而非光電信號；（2）微腔的場局域性不足或與耗盡層的空間不重疊導致光生載流子復合嚴重；（3）高光學損耗導致器件噪聲增加，顯著影響器件靈敏度、信噪比和探測率。
3、因此，如何解決現有微納光學結構調控的光電探測技術中光學損耗高、光場局域性不足以及與吸收材料耦合效率低導致的探測性能瓶頸問題，提供一種光學損耗低、光場高度局域、且能與二維材料高效協同的新型器件結構，以顯著提升紅外探測器的光響應度、比探測率及信噪比是本領域技術人員亟待解決的科學技術問題。
技術實現思路
1、本發明的第一個目的在于，針對現有技術中的問題，提供一種開放式bic近場增強型紅外光電探測器。
2、為此，本發明的上述目的通過以下技術方案實現：
3、一種開放式bic近場增強型紅外光電探測器，包括，
4、si襯底，si襯底上覆有si3n4膜，si3n4膜上覆蓋有mos2層，在mos2層一端制備源極，另一端制備漏極；
5、所述si襯底為n型輕摻雜si襯底；
6、所述si3n4膜厚度為300納米；
7、所述mos2層厚度為30~50納米；
8、所述源極和漏極為cr和au金屬復合電極。
9、在采用上述技術方案的同時，本發明還可以采用或者組合采用如下技術方案：
10、作為本發明的優選技術方案：所述si3n4膜通過lpcvd在?n型si襯底上生長形成。
11、作為本發明的優選技術方案：所si3n4薄膜通過光刻與干法刻蝕工藝被圖案化，形成懸空的光子晶體結構。
12、作為本發明的優選技術方案：所述光子晶體結構為二維周期排列的空氣孔陣列，所述空氣孔陣列穿透所述si3n4薄膜，用于支持連續域中的束縛態模式以增強紅外波段的光場局域與光吸收，所述空氣孔陣列的晶格常數為a，空氣孔半徑為r，其中r/a的比值在0.2至0.4之間。
13、作為本發明的優選技術方案：源極和漏極中，cr層與mos2層接觸，厚度為10納米，au層位于cr層之上，厚度為80納米。
14、本發明的第二個目的在于，針對現有技術中的問題，提供一種開放式bic近場增強型紅外光電探測器的制備方法。
15、為此，本發明的上述目的通過以下技術方案實現：
16、開放式bic近場增強型紅外光電探測器的制備方法，包括以下步驟：
17、s1,采用comsol設計光子晶體幾何參數，計算光學能帶的bic位置及q值；
18、s2,基于步驟s1的光學能帶的bic位置及q值，通過電子束曝光和icp刻蝕系統在si3n4膜表面定義圖形窗口并刻蝕圖形，制備光子晶體結構；
19、s3,?si襯底背向刻蝕與懸空結構釋放：從所述si襯底的背面進行各向異性濕法刻蝕，形成倒金字塔形凹槽，使得所述si3n4薄膜及其上的光子晶體結構在對應區域完全懸空；
20、s4,?mos2層轉移：將少層或多層mos2轉移至步驟s3所得的懸空光子晶體結構表面；
21、s5,?在所述mos2層上制備源極和漏極，完成探測器制備。
22、在采用上述技術方案的同時，本發明還可以采用或者組合采用如下技術方案：
23、作為本發明的優選技術方案：步驟s3中，采用氫氧化鉀溶液對所述si襯底進行濕法刻蝕。
24、作為本發明的優選技術方案：步驟s5中，采用電子束曝光和電子束蒸鍍工藝制備所述源極和漏極，所述電極結構為cr/au復合層，其中cr層厚度為10納米，au層厚度為80納米。
25、與現有技術相比，本發明的一種開放式bic近場增強型紅外光電探測器及制備方法具有以下有益效果：本發明開放式懸空光子晶體支持連續域束縛態模式，懸空設計消除了襯底的光學泄漏通道，顯著提升了該模式的品質因子（q值），并極大程度壓縮了其有效模體積，使得入射紅外光能被長時間、高強度地局域在光子晶體表面極小的空間范圍內，實現了超高q值的光學諧振與強近場局域；
26、將二維材料mos2吸收層精準集成于該強局域光場區域，高q值bic模式產生的巨大近場增強效應，與mos2的吸收層發生高效耦合，使器件在單位入射光功率下產生遠超傳統結構的光生載流子，顯著增強了光-物質相互作用與器件光響應，從而大幅提升了器件的紅外光響應度，特別適用于弱光探測場景；
27、mos2本身具有優異的柵控特性，結合兩端器件結構，在實現高光響應的同時，能夠保持較低的暗電流水平，使得探測器比探測率得到大幅提升，整體信噪比顯著改善；
28、本發明的器件兩端結構簡單、易于陣列化和集成，為實現小型化、高性能的紅外探測芯片及片上信號處理系統奠定了堅實的技術基礎。
29、本發明通過巧妙地結合懸空光子晶體的bic模式光場調控與二維材料mos2的光電轉換特性，創造性地提出并實現了一種高性能紅外光電探測器新架構，在預警、自動駕駛、機器視覺等對高性能紅外傳感有迫切需求的領域極具應用前景。
1.一種開放式bic近場增強型紅外光電探測器，其特征在于：包括，si襯底，si襯底上覆有si3n4膜，si3n4膜上覆蓋有mos2層，在mos2層一端制備源極，另一端制備漏極；
2.如權利要求1所述的開放式bic近場增強型紅外光電探測器，其特征在于：所述si3n4膜通過lpcvd在n型si襯底上生長形成。
3.如權利要求1所述的開放式bic近場增強型紅外光電探測器，其特征在于：所si3n4薄膜通過光刻與干法刻蝕工藝被圖案化，以及si襯底晶向選擇性刻蝕，形成懸空的光子晶體結構。
4.如權利要求3所述的開放式bic近場增強型紅外光電探測器，其特征在于：所述光子晶體結構為二維周期排列的空氣孔陣列，所述空氣孔陣列穿透所述si3n4薄膜，以支持連續域中的束縛態模式以增強紅外波段的光場局域與光吸收，所述空氣孔陣列的晶格常數為a，空氣孔半徑為r，其中r/a的比值在0.2至0.4之間。
5.如權利要求1所述的開放式bic近場增強型紅外光電探測器，其特征在于：源極和漏極中，cr層與mos2層接觸，厚度為10納米，au層位于cr層之上，厚度為80納米。
6.如權利要求1-5任一權利要求所述的開放式bic近場增強型紅外光電探測器的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：
7.如權利要求6所述的開放式bic近場增強型紅外光電探測器的制備方法，其特征在于：步驟s3中，采用氫氧化鉀溶液對所述si襯底進行濕法刻蝕。
8.如權利要求6所述的開放式bic近場增強型紅外光電探測器的制備方法，其特征在于：步驟s5中，采用電子束曝光和電子束蒸鍍工藝制備所述源極和漏極。