發(fā)布時(shí)間：2020-08-03 12:41

【摘要】：寬波段光電探測(cè)器在通訊、成像、國(guó)防、航空等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛,備受研究者的青睞,隨著新型低維納米材料的出現(xiàn),他們所展現(xiàn)出的優(yōu)異的性能,包括寬波段吸收、強(qiáng)的光-物質(zhì)相互作用、極佳的柔性、超薄的厚度以及與多種襯底的兼容性等,為寬波段光探測(cè)領(lǐng)域注入了新活力。本論文的主要研究?jī)?nèi)容為通過(guò)磷化亞銅納米晶的表面等離子體效應(yīng)和石墨烯結(jié)合為異質(zhì)結(jié)實(shí)現(xiàn)高效的寬波段探測(cè),通過(guò)化學(xué)氣相沉積法生長(zhǎng)小帶隙二維材料硫化鉑-硒化鉑異質(zhì)結(jié),并構(gòu)建高效的自驅(qū)動(dòng)寬波段探測(cè)器。具體研究?jī)?nèi)容如下:1.石墨烯-磷化亞銅納米晶異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器研究深入系統(tǒng)地研究了一種基于石墨烯-磷化亞銅納米晶異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器。探索了磷化亞銅的自摻雜濃度以及表面配體對(duì)器件性能的影響以及變化趨勢(shì)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)磷化亞銅納米晶一方面能夠有效改變本征石墨烯的摻雜狀態(tài);另一方面,磷化亞銅納米晶的等離子共振吸收效應(yīng)有效提升了器件在紅外區(qū)的光吸收能力,基于此可以實(shí)現(xiàn)高性能的PN結(jié)型紅外光電探測(cè)器。我們制備的石墨烯-磷化亞銅納米晶異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,與傳統(tǒng)硅基技術(shù)兼容性高,因而有潛力實(shí)現(xiàn)低成本、高效率的商業(yè)化應(yīng)用。2.硫化鉑-硒化鉑異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器研究研究了一種基于硫化鉑-硒化鉑垂直異質(zhì)結(jié)的光電探測(cè)器件。通過(guò)在硅基底上原位生長(zhǎng)二維材料的范德華異質(zhì)結(jié)陣列并制備相應(yīng)的光電器件,在零偏壓下實(shí)現(xiàn)了高光電響應(yīng)率(361 m AW-1)和外量子效率(84%),探測(cè)范圍覆蓋405 nm到2200nm。結(jié)合理論模擬和實(shí)驗(yàn)表征,提出了耦合后兩種二維材料的能帶帶隙變化,為后續(xù)的光電機(jī)理研究提供了基礎(chǔ)。本項(xiàng)研究提出的大面積異質(zhì)結(jié)制備方法和極高的器件探測(cè)效率,為基于低維材料異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器的商業(yè)化提供了一個(gè)可行的方案。
【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)】：TB383.1;TN15
【圖文】：

于低維材料的寬波段光電探測(cè)器研究 第一章 緒著電子和空穴遷移率的提升。當(dāng)器件溝道尺寸保持不變，遷移率提升導(dǎo)致電子空穴渡越溝道的時(shí)間（ttrans）縮短。可以用公式 1-1 表示17： rans= 2 SD（1-1中，L 是器件溝道長(zhǎng)度， 是電子和空穴遷移率。如果空穴的遷移率遠(yuǎn)低于電子遷移率，那么電子渡越器件溝道的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于空穴。當(dāng)一個(gè)空穴傳輸?shù)诫姇r(shí)，許多電子早已參與回路并循環(huán)多次產(chǎn)生光電流，導(dǎo)致了光電導(dǎo)增益的產(chǎn)生

緒論 基于低維材料的寬波段光電探被材料的缺陷或表面處有效的俘獲，導(dǎo)致更長(zhǎng)的載流子壽命。相比，此時(shí)一個(gè)電子或空穴渡越溝道到電極端時(shí)，更多空穴或電子早已因此產(chǎn)生更大的光電導(dǎo)增益。這種效應(yīng)在納米結(jié)構(gòu)材料如量子點(diǎn)，納料中比較常見(jiàn)，因?yàn)榈途S材料的比表面積相對(duì)較大，缺陷態(tài)較高，生載流子�；诠鈻判�(yīng)的器件在光照下轉(zhuǎn)移曲線發(fā)生水平移動(dòng)，如在光照條件下，半導(dǎo)體材料吸收光子產(chǎn)生電子空穴對(duì)，空穴被價(jià)帶俘獲，在這種情況下，被俘獲而聚集的空穴能有效移動(dòng)材料的費(fèi)米誘發(fā)更多的電子產(chǎn)生。電子密度的增加進(jìn)一步降低了器件的電阻，多光電流流動(dòng)。聚集的電荷會(huì)形成有效的柵極電場(chǎng)使 ISD-VSD曲線相生水平移動(dòng)（ VG），而 VG的正負(fù)代表著被俘獲電荷的極性。如圖 光柵效應(yīng)也能導(dǎo)致了負(fù)向光電流。

圖 1.3（a）光伏效應(yīng)原理圖。（b）光伏效應(yīng)下器件的 ISD-VSD特性曲線。1.2.4 光熱電效應(yīng)在光熱電效應(yīng)中，光的不均勻照射導(dǎo)致溝道間的半導(dǎo)體存在溫度梯度（ T）。該溫度梯度可以通過(guò)塞貝克系數(shù)轉(zhuǎn)化為半導(dǎo)體的電壓梯度（ V），如圖 1.4 所示。產(chǎn)生的電壓正比于溫度，表達(dá)式如 1-2 所示19： = × (1-2)其中 S 為塞貝克系數(shù)。這個(gè)溫度梯度可以是照射時(shí)激光光斑面積遠(yuǎn)小于器件溝道尺寸導(dǎo)致的局部加熱，也可能是不同區(qū)域吸光度不同引起的溫度不均。

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