在過去幾十年內(nèi),SiGe異質結的外延質量得到了長足的發(fā)展。然而,由于Si、Ge皆為間接帶隙半導體,電子從價帶躍遷是不能直接進入導帶而需要額外的復合過程,這就降低了其光電器件的性能,限制了它們在光電器件中的應用。這時,一種新型的合金材料GeSn合金進入了大家的視野。硅基GeSn紅外探測器由于其禁帶寬度隨Sn含量可變化,而且GeSn材料可以將載流子有效質量降低,從而能較大提升載流子遷移率,因而在高效光子器件、紅外光電器件等方面有著比較大的適用范圍。石墨烯是一種很有前景的超寬帶光電探測器材料,其吸收光譜覆蓋了整個紫外到遠紅外波段,由于石墨烯的無帶隙結構使其載流子具有非常高的流動性。然而也正是由于其零帶隙結構和弱的光吸收能力限制了其應用。因此,提高其光吸收能力就顯得非常的重要了。如果能將石墨烯優(yōu)點保留而克服掉其缺點,則能使其在光電領域發(fā)揮更強的作用。本文嘗試制作了同用硅基的鍺錫PIN型光電探測器和石墨烯/鉍納米柱異質結光電探測器,研究了表面形貌特征、光譜吸收特性和光電特性。對于GeSn薄膜的優(yōu)化生長、PIN結的縱向結構設計和制作,本文做了詳細的研究:研究了分子束外延溫度條件對Sn組分的影響,通...

【文章頁數(shù)】：63 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 GeSn光電探測器概述和其他光電材料
        1.2.1 GeSn光電探測器概述
        1.2.2 硅基石墨烯光電材料概述
    1.3 文章結構和主要工作點
        1.3.1 文章結構
        1.3.2 主要工作及創(chuàng)新
第二章 半導體光電探測器理論基礎
    2.1 硅基GeSn薄膜PIN光電探測器的理論基礎
        2.1.1 GeSn合金材料的基本性質
        2.1.2 PIN結光電探測器原理
        2.1.3 石墨烯的物理性質和能帶打開原理
        2.1.4 Bi量子點陣
    2.2 常見薄膜生長方式和加工工藝
        2.2.1 分子束外延生長原理
        2.2.2 磁控濺射鍍原理
        2.2.3 高溫退火原理和高溫熱擴散原理
        2.2.4 半導體光刻技術
    2.3 實驗表征方法
        2.3.1 X射線衍射(X-raydiffraction)
        2.3.2 原子力顯微鏡(AtomicForceMicroscope)
        2.3.3 拉曼光譜(RamanSpectra)
        2.3.4 掃描電子顯微鏡(scanningelectronmicroscope)
        2.3.5 X射線光電子能譜(X-rayphotoelectronspectroscopy)
        2.3.6 紅外光譜(InfraredSpectroscope)
        2.3.7 I-V曲線測試及On-off開關光電流測試
    2.4 本章小結
第三章 鍺錫薄膜外延生長及其性質研究
    3.1 GeSn薄膜的生長工藝
    3.2 GeSn薄膜的微觀結構及應力研究
        3.2.1 GeSn薄膜的AFM形貌表征
        3.2.2 GeSn薄膜的SEM形貌表征
        3.2.3 GeSn薄膜的XRD圖譜分析
        3.2.4 GeSn薄膜的拉曼圖譜分析
    3.3 GeSn薄膜的光學性能分析
    3.4 本章小結
第四章 硅基集成光電探測器設計及性能研究
    4.1 硅基鍺錫PIN型光電探測器設計與制備
        4.1.1 器件結構設計
        4.1.2 硅基片的清洗過程
        4.1.3 光刻工藝流程
    4.2 硅基鍺錫PIN型光電探測器性能研究
        4.2.1 硅基鍺錫PIN型光電探測器電學特性
        4.2.2 硅基鍺錫PIN型光電探測器光電特性
    4.3 硅基石墨烯/鉍納米柱光電探測器設計與制備
        4.3.1 器件設計
        4.3.2 Bi納米柱的制備
        4.3.3 石墨烯的轉移和電極的制作
    4.4 硅基石墨烯和鉍納米柱光電探測器性能研究
        4.4.1 鉍納米柱的表面微觀形貌
        4.4.2 石墨烯和鉍納米柱異質結的應力研究
        4.4.3 石墨烯和鉍納米柱異質結的光學性能
        4.4.4 石墨烯和鉍納米柱異質結的電學性能
        4.4.5 石墨烯/鉍納米柱異質結光電探測器的光電特性
    4.5 本章小結
第五章 結論與展望
    5.1 全文總結
    5.2 不足和后續(xù)展望
致謝
參考文獻
攻讀碩士學位期間的研究成果



本文編號：3871841