發(fā)布時間：2020-09-14 09:59

　　 隨著納米科學(xué)、微納加工技術(shù)等的發(fā)展與進(jìn)步,人工微納結(jié)構(gòu)光電探測器的研究與發(fā)展正處于蓬勃發(fā)展期。目前,國際上報(bào)道的基于納米材料的電子、光電子器件等研究進(jìn)展迅速,尤其在光電探測領(lǐng)域,人工微納結(jié)構(gòu)光電探測器在某些性能指標(biāo)上已經(jīng)超越傳統(tǒng)材料探測性能。尤其突出的是,基于人工微納結(jié)構(gòu)光電探測器在室溫條件下表現(xiàn)出卓越的光電轉(zhuǎn)換性能,將是下一代高性能、非制冷光電探測最有競爭力的探測器技術(shù)之一。本論文主要圍繞大面積外延高質(zhì)量二維材料以實(shí)現(xiàn)人工微納結(jié)構(gòu)光電探測器面陣化;通過局域場增強(qiáng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)高性能人工微納結(jié)構(gòu)光電探測器;利用高空間分辨微區(qū)光電表征技術(shù)解決微納結(jié)構(gòu)器件光電表征等,旨在解決困擾新型人工維納結(jié)構(gòu)光電探測器技術(shù)的三大難題:面陣化、探測增強(qiáng)技術(shù)、微區(qū)器件表征技術(shù)等。具體研究內(nèi)容如下:1.顯微/微區(qū)光電表征系統(tǒng)設(shè)計(jì)與搭建。新型納米材料、低維半導(dǎo)體材料具有極大的比表面積與豐富的表面態(tài)等特點(diǎn),其光電性能與傳統(tǒng)薄膜材料有一定差異,且這類材料尺度微小、難于進(jìn)行結(jié)構(gòu)加工,傳統(tǒng)光電表征技術(shù)難以滿足。此外,傳統(tǒng)體材料/薄膜探測器逐步向超小像元與超級集成等方向邁進(jìn),對原有探測器表征技術(shù)提出了更高精度要求。針對當(dāng)前探測器表征技術(shù)要求,我們設(shè)計(jì)一系列針對顯微/微區(qū)光電表征系統(tǒng),解決了人工微納結(jié)構(gòu)光電探測器微區(qū)光電表征的需求以及傳統(tǒng)平面型薄膜探測器高分辨檢測要求,對后續(xù)深入研究提供了有力的技術(shù)支撐。2.晶圓級范德華二維異質(zhì)結(jié)光電探測器制備與機(jī)理研究。通過分子束外延(MBE)方法制備具有結(jié)晶度高、層數(shù)可控、均勻可靠的GaSe/GaSb、GaSe/Si、GaTe/Si、GaTexSe1-x/Si等二維范德華異質(zhì)結(jié),實(shí)現(xiàn)具有晶圓級尺寸的高性能二維異質(zhì)結(jié)探測器技術(shù)。通過構(gòu)建二維異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)以引入強(qiáng)內(nèi)建電場,這使得光生載流子能被高效分離,同時抑制器件暗電流及噪聲水平,大幅提升器件探測性能等。3.基于局域場調(diào)控的高性能人工微納結(jié)構(gòu)光電探測器。通過構(gòu)建鐵電極化場、空間電荷局域場等對新型納米材料進(jìn)行載流子輸運(yùn)特性等的調(diào)控,以此實(shí)現(xiàn)新型低維半導(dǎo)體材料的PN結(jié)、異質(zhì)結(jié)、能帶操控等,從而達(dá)到抑制背景載流子濃度,解決人工微納結(jié)構(gòu)光電探測器暗電流較大問題,同時大幅提高探測器信噪比及探測率等光電性能。4.傳統(tǒng)平面型HgCdTe紅外探測器微區(qū)結(jié)面研究與機(jī)理分析。通過高空間分辨激光誘導(dǎo)光電流(LBIC)分析方法對HgCdTe外延層中ICP刻蝕臺面損傷進(jìn)行評估。這種具有原位、無損的的微區(qū)光電表征技術(shù)可以對傳統(tǒng)平面型薄膜器件的微臺面蝕刻損傷分布情況進(jìn)行精確定量分析,是傳統(tǒng)探測器走向超規(guī)模面陣化的必要條件。
【學(xué)位單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN15
【部分圖文】：

１．２新型人工微納結(jié)構(gòu)光電探測器逡逑隨著納米科學(xué)、材料科學(xué)的迅猛發(fā)展，近十幾年涌現(xiàn)出成百、上千種新型納逡逑米材料，如量子點(diǎn)（ｑｕａｎｔｕｍ邋ｄｏｔ）丨６—９丨、納米線（ｎａｎｏｗｉｒｅ）邐丨、二維材料（ｔｗｏ－逡逑ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ邋ｍａｔｅｒｉａｌ）丨１６＿３１丨、納米片（ｎａｎｏｓｈｅｅｔ）丨３２，３３１等這些新型納米材料在逡逑某個維度上具有納米級幾何尺寸、極大的比表面積等異于傳統(tǒng)薄膜材料的特點(diǎn)，逡逑使得其表現(xiàn)出新奇的物化特性與卓越的光電性能。隨著微納加工技術(shù)的飛速發(fā)展，逡逑新型納米材料實(shí)現(xiàn)器件工藝等條件逐漸成熟與完備，由此形成一類具有微納結(jié)構(gòu)逡逑的新型光電探測器件一一人工微納結(jié)構(gòu)光電探測器。這種探測器在室溫環(huán)境下表逡逑現(xiàn)出高性能、低成本且功耗低、更具有實(shí)現(xiàn)超大面陣與集成化等潛力，以滿足現(xiàn)逡逑階段對新一代探測器發(fā)展要求。新材料、新結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)顛覆了傳統(tǒng)探測材料的理逡逑論極限，極大的豐富了探測器材料與結(jié)構(gòu)的選擇性，為新一代光電探測技術(shù)提供逡逑了新的思路。逡逑０．０１邋０．１邐０．２邐０．３邐０．４邐０．７６邋１．１邐３邐６邐２５邐１００邋１０００邋（ｐｍ）逡逑—．．．．．．．．．．．．逡逑

接帶隙半導(dǎo)體導(dǎo)帶上的電子躍遷回價帶所需的時間相比于直接帶隙半導(dǎo)體略長。逡逑此外，通過不同功率下的光響應(yīng)測試可以看出，多層Ｍ0Ｓ２晶體管具有非常明顯逡逑的光響應(yīng)，如圖１－３邋（ｆ）。ＭｏＳ２不但表現(xiàn)出優(yōu)異的光電特性，而且具有很大的初逡逑性，在下一代電子、光電子、柔性可穿戴器件方面具有極大的應(yīng)用前景。自此，逡逑關(guān)于過渡金屬硫族化合物二維材料及器件的報(bào)道如雨后春筍般涌現(xiàn)逡逑１．２．３新型二維窄禁帶半導(dǎo)體紅外探測器逡逑ａ邐ｂ邐ｃ逡逑Ｂｌａｃｋ邋ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ邐狡逡逑Ｌ：逡逑ｌｉＭＵ逡逑０邋，２Ｓ邋°＇Ｅｎｅｒ８ｙ（ｅＶ）＂邋＂邋３邐二５邋ｉｂ＿邋５邋＿ｍ邐￣５０—＂Ｓ—￣５Ｓ—１００逡逑ｖｇ（Ｖ）邐ｖ邋ｖｄ５邋＾ｍＶ）逡逑ｄ邋ＯＯＵＱＥ３１逡逑■■■■■逡逑０邋Ｓ邋Ｋ）邋１５邋２０邋２５邋０邋Ｓ邋！0邋ＩＳ邋２０邋２＊．邋０邋５邋１Ｃ邋ＩＳ邋２０邋２５邋Ｃ邋５邋１Ｃ邋１５邋２０邋２５邋６邋５邋１０邋＊５邋２０邋２５邋３０逡逑Ｌｎｔ＜＞ｉａ！邋（ｕｎｉ）邐Ｕｔｔ－ｒａｌ邋ｓｃａ��？邋？ａｍ）邐ｌａｔｅｆａ！邋ｓｃａｌｅ邐Ｌａｔｅｒａｌ邋？：ｊ（ｌｅ邋（（ｉｍ）邐Ｌａｔｅｒａｌ邋ｓｃａｌｅ邋（｜？ｍ＞逡逑圖１－４．新型二維窄禁帶半導(dǎo)體黑磷（ＢＰ）。（ａ）邋ＢＰ的分子結(jié)構(gòu)及二維材料家族能帶分布示逡逑意圖。（ｂ）基于ＢＰ的場效應(yīng)晶體管

ｏｐｔｉｃａｌ邋ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｉｔｙ邋ｓｐｅｃｔｒａｌ邋ａｎｄ邋ｅｘｔｅｒｎａｌ邋ｑｕａｎｔｕｍ邋ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ邋ｓｐｅｃｔｒａｌ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ＡｓＢＰ邋ｉｎｆｒａｒｅｄ邋ｄｅｔｅｃｔｏｒ．逡逑首次通過機(jī)械剝離方法分離出黑磷（ＢＰ）后，１０多年來研宄石墨烯所積累逡逑的經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)都被用Ｔ？研制和表征ＢＰ堪納米器件％、６６１。圖１－４邋（ａ）展示丫邋ＢＰ逡逑的分ｆ？結(jié)構(gòu)及：維材料家族能帶分布�。靠傞w，黑磷既Y澒耍蚰┦椅賂咔ㄒ坡叔義系扔判愕繆匭�，又兼緮]裕停模米謇嗨哂械奶烊淮�，且带隙介又o┯脲義希裕停模彌�，是极具强嚘的袨赐二维红外光悼V講獠牧�。哇E保村澹ǎ猓┫允玖撕諏族義暇騫艿某⌒вμ匭�。器件表现出双极芯夨繂蒈力且具有高室螒]ㄒ坡�，并Ａx澹攏繡義銑⌒в騫芩蘊(yùn)匭允侵票婦哂泄δ芙峁溝哪擅灼骷忍煊攀�，染^螅歟矗ǎ悖╁義纖盡４送�，n蟹腫詠峁咕哂忻饗緣母饗蛞煨�，因措S碭桑攏泄獾縑講餛骶哂釁義險衩舾行蘊(yùn)講餑芰�。ＹｕａｎＰＩ禑崴研制了一謭�(zhí)怪保穡罱嶠峁溝模攏泄獾縑講餛鰨義險庵執(zhí)梗鄭歟海穡罱嶠峁梗睿砣巳頌幔療衩�！制彳：的讨v廡欏Ｆ骷停媯簦椋檎窆餳ゅ義戲⑾碌墓獾緦鰨恚幔穡穡椋睿緗峁繽疾罰村澹ǎ洌┧

本文編號：2818035