【摘要】：光電探測器是一種利用光電效應(yīng)將輻射能轉(zhuǎn)化為電信號的器件,它是光電系統(tǒng)的重要組成部分。其中寬波段光電探測器在多波長成像、通訊、過程控制以及安全監(jiān)控方面均具有重要的應(yīng)用價值。目前光電探測器的探測范圍主要由光敏材料的禁帶寬度決定。然而由于缺少具有寬波長響應(yīng)的單一材料,往往需要復雜的制備流程將多種材料結(jié)合在一起才可以制備得到探測波長范圍覆蓋廣的光電探測器,這嚴重束縛了寬光譜光電探測器的發(fā)展。本課題提出一種新型等離子體共振光電探測器件結(jié)構(gòu),以減少探測器對光敏半導體禁帶寬度的依賴,通過雙重等離子體共振電極,拓寬探測器的光電探測波長范圍,同時獲得較高的器件性能。主要工作內(nèi)容是在平面硅肖特基光電探測器中引入金納米顆粒(AuNPs)/石墨烯(Graphene)/AuNPs混合電極,系統(tǒng)研究混合電極對硅(Silicon,Si)肖特基光電探測器性能的影響及內(nèi)在機理。實驗和理論模擬結(jié)果顯示兩層金納米顆粒間通過單層石墨烯分隔,間距為亞納米量級,雙重等離子體共振效果相比于單層金納米顆粒顯著增強,形成了大量光生熱電子。與此同時混合電極的特殊結(jié)構(gòu)保證了熱電子的有效傳輸,因此探測器最終的有效探測波長范圍為360-1330nm。其可在紫外-可見-近紅外工作,光電探測器在紫外波段的探測性能得到了改善,并在長波波段打破了Si自身1.2ev禁帶寬度的束縛。此外由于混合電極與Si形成肖特基結(jié),因此該探測器可在零偏壓下工作,節(jié)省能耗。同時探測器具有優(yōu)異的高頻性能,3dB帶寬為780kHz,響應(yīng)速度約為360ns,噪聲等效功率僅為1.6×10~(-8) W。此研究成果為等離子共振光電探測器的研究及性能提升提供了很好的借鑒,可以推進雙重等離子共振在光電器件中的應(yīng)用。
【圖文】：

圖 1.1 (a)半導體電場方向 (b)光伏探測器件電路圖Fig1.1 (a) Direction of the electric field of the semiconductor (b) Equivalent graph of thephotovoltaic detector1.1.2 光電探測器的發(fā)展及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀早在 1873 年，英國科學家就發(fā)現(xiàn)了硒具有一定的光電導效應(yīng)，這一發(fā)現(xiàn)打開了人們探索的大門，，但是長期以來都沒有得到實質(zhì)性的進展，光電探測器并未運用到實際生活中去。漸漸地，伴隨著各種各樣新型光電半導體的涌現(xiàn)，光電探測這一研究有了突破性的進展[12]。例如在 400 到 600nm 探測波段，在五十年代時，具有良好性能的 CdS、CdSe 光敏電阻以及 PbS 光電探測器已經(jīng)被廣泛使用。到了六十年代初，高響應(yīng)的鍺、硅型摻雜的光電導探測器已經(jīng)被成功的發(fā)現(xiàn)，并且被廣泛地運用到遠紅外的波段范圍內(nèi)，例如 Ge 摻雜 Au 和 Ge 摻雜 Hg 光電導探測器都工作在較遠的紅外微米波段上。六十年代末，禁帶寬度可調(diào)控的三元材料得到進一步研究，并且半導體的禁帶寬度控制著光電探測器的響應(yīng)波長。窄禁帶寬度的半導體材料在六十年代以前沒有被研制出來，因此科學家們將非本征光電導效應(yīng)運用起來

圖 1.2 光電探測器在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用Fig1.2 Application of Photodetectors in Real Life隨著科技的發(fā)展，光電探測器的利用波段簡直達到了全面的覆蓋，這其外光、可見光、中遠紅外光等多個波段�，F(xiàn)代軍事中也將光電探測技術(shù)分，例如光電偵查、檢測、導航、導彈制導等等[15]。美國和俄羅斯通過空間站將太陽能的紫外輻射強度通過光電探測器測量出來，來研究紫能電池和溫控表面的一些影響。日本氣象研究所開發(fā)的紫外光探測器，不同區(qū)域的紫外輻射強度，從而探索不同程度的紫外線對生物的影響，用到氣象中的光電測雹儀等[16,17]。像光度計量、射線的測量以及工業(yè)上經(jīng)常被運用到可見光或者紅外光的波段，而關(guān)于中遠紅外的波段來說遙感、紅外熱成像等等方面的使用[18]。電探測器的分類對光電探測器進行分類的依據(jù)有很多，例如根據(jù)光電探測器的工作原理
【學位授予單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN36

【參考文獻】

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本文編號：2609092