發(fā)布時(shí)間：2020-04-12 08:23

【摘要】：隨著石墨烯在2004年首次被發(fā)現(xiàn),二維納米材料進(jìn)入了的人們視野,它們往往具有三維材料所不具備的新奇特性,極大的拓寬了人們的研究范圍。眾多新奇的二維材料陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)。由于其獨(dú)特的光電學(xué)性質(zhì),基于二維納米材料的太陽(yáng)能電池、超級(jí)電容器和光電探測(cè)器等,在儲(chǔ)能和光通訊等領(lǐng)展現(xiàn)出驚人的應(yīng)用潛力。本文通過(guò)化學(xué)氣相沉積法生長(zhǎng)了四種二維材料,并使用紫外光刻和等離子刻蝕等工藝制備了基于這些二維材料的光電探測(cè)器。為提升探測(cè)器性能,我們進(jìn)一步將所得二維材料與石墨烯結(jié)合構(gòu)成異質(zhì)結(jié)或混合結(jié)構(gòu)的光電探測(cè)器,使器件性能得到了顯著提升。本文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:1.過(guò)渡金屬硫化物的生長(zhǎng)及其光電探測(cè)應(yīng)用。通過(guò)使用化學(xué)氣相沉積法,在低壓條件下實(shí)現(xiàn)了氧化硅襯底上大面積多層二硒化鉬的生長(zhǎng),并系統(tǒng)探討了反應(yīng)溫度、生長(zhǎng)壓強(qiáng)和生長(zhǎng)時(shí)間對(duì)于硒化鉬晶體生長(zhǎng)的影響。使用氧化硅襯底,利用化學(xué)氣相沉積法在常壓氛圍下生長(zhǎng)得到了大尺寸、高質(zhì)量的二硒化錫晶體。進(jìn)一步使用石墨烯作為基底生長(zhǎng)二硒化錫得到二硒化錫/石墨烯異質(zhì)結(jié),并基于該結(jié)構(gòu)制備了二維光電探測(cè)器。2.硒化鉑/石墨烯混合結(jié)構(gòu)近紅外光電探測(cè)器的研究。使用化學(xué)氣相沉積法制備硒化鉑納米片,并利用高載流子遷移率的石墨烯作為硒化鉑功能層的傳輸電極,制備得到一種新型混合結(jié)構(gòu)的近紅外光電探測(cè)器,器件可對(duì)近紅外波段進(jìn)行有效地探測(cè),并且具備顯著的開(kāi)關(guān)特性,響應(yīng)度最高在1550 nm波段下達(dá)到6.9 m AW~(-1)。3.二維鈣鈦礦/石墨烯異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器的研究。利用兩步沉積法可以制備得到高質(zhì)量的二維鈣鈦礦晶體,將其與石墨烯結(jié)合形成范德華異質(zhì)結(jié),利用該異質(zhì)結(jié)作為光電探測(cè)器的吸收層,得到了性能優(yōu)異的二維光電探測(cè)器。在可見(jiàn)光波段,響應(yīng)度可達(dá)61.2 AW~(-1),響應(yīng)時(shí)間為130 ms。相較于純二維鈣鈦礦探測(cè)器,響應(yīng)度提升幅度達(dá)到六個(gè)數(shù)量級(jí),響應(yīng)時(shí)間縮短至原來(lái)的十分之一。
【圖文】：

基于二維納米材料的光電探測(cè)器研究 第一章 緒 論提升探測(cè)器性能的一個(gè)有效方法就是將石墨烯和TMDCs結(jié)合形成范德華異質(zhì)結(jié)或混合結(jié)構(gòu)，利用石墨烯的寬波段吸收和高載流子遷移率，配合過(guò)渡金屬硫化物的高吸收，，形成多功能、高性能的二維異質(zhì)結(jié)或者混合結(jié)構(gòu)。其中過(guò)渡金屬硫化物作為光敏材料，在入射光的作用下產(chǎn)生大量光生載流子，利用石墨烯作為載流子的高速傳輸層輸運(yùn)載流子[16]。1.2 光電探測(cè)機(jī)理簡(jiǎn)述光電探測(cè)器和其他光電應(yīng)用的核心機(jī)制是將對(duì)光子的吸收轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出到外圍回路中得到光生電流。主要的機(jī)理包括有光生伏特效應(yīng)、光熱電效應(yīng)、輻射熱效應(yīng)、光柵效應(yīng)以及離子波增強(qiáng)機(jī)制。

被用來(lái)量化和控制 PTE 和 PV 效應(yīng)的相對(duì)貢獻(xiàn)，兩者都增強(qiáng)了整體的光響應(yīng)，但 PV效應(yīng)更偏向于較長(zhǎng)的波長(zhǎng)。圖1.2 基于金屬/石墨烯/金屬結(jié)構(gòu)與石墨烯/半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)的光電探測(cè)器[16]。(a)能帶結(jié)構(gòu)示意圖；(b)器件的三維結(jié)構(gòu)示意圖；(c)集成了微腔的光電探測(cè)器示意圖，DBR：分布布拉格反射鏡；(d)能帶結(jié)構(gòu)示意圖，VB 和 CB 分別代表價(jià)帶和導(dǎo)帶；(e) 集成了光波導(dǎo)器件的掃描電鏡照片；(f)石墨烯/硅異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器在暗態(tài)（紅色實(shí)線）和光照下（藍(lán)色實(shí)線）的 I-V 特性曲線。由于這種結(jié)構(gòu)下光生電流只在金屬與石墨烯界面亞微米寬度處產(chǎn)生[23]，因而一種如圖 1.2(b)的叉指型結(jié)構(gòu)被采用以提升光探測(cè)區(qū)域的有效面積[66]。另一種想法是通過(guò)施加偏壓來(lái)打破器件的鏡像對(duì)稱性，但是這種方法是不切實(shí)際的，因?yàn)槭┑陌虢饘偬匦詫?huì)使得暗電流急劇增大[66]。于是有學(xué)者通過(guò)直接采用一種非對(duì)稱的金屬化方案，其能帶結(jié)構(gòu)如圖 1.2(a)，實(shí)現(xiàn)了在零偏壓暗電流下的響應(yīng)，并且在近紅外波段得到了 1.5~6.1 mAW-1的響應(yīng)度。在氧化硅襯底上基于金屬 石墨烯 金屬結(jié)構(gòu)的光電探測(cè)器內(nèi)量子效率普遍在 6~16%范圍內(nèi)[67]，說(shuō)明器件的性能還是有很大的提升空間，因?yàn)樵趹腋∈绞┨綔y(cè)器中可以得
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN15;TB383.1

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 尹偉紅;韓勤;楊曉紅;;基于石墨烯的半導(dǎo)體光電器件研究進(jìn)展[J];物理學(xué)報(bào);2012年24期

2 李興鰲;王博琳;劉忠儒;;石墨烯的制備、表征與特性研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2012年01期

本文編號(hào)：2624499