光電效應(yīng),是指在光照射下時(shí)材料電學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化的現(xiàn)象,根據(jù)不同的光照及工作方式又可分為縱向光電效應(yīng)和側(cè)向光伏效應(yīng),它們分別在光電探測(cè)器和光位置靈敏探測(cè)器中具有廣泛應(yīng)用和研究。Bi₂Te₃作為一種寬頻帶光電探測(cè)的理想材料,具有帶隙較窄,光吸收系數(shù)強(qiáng)等特點(diǎn),一直是科學(xué)家們?cè)诠怆娖骷芯康臒衢T材料之一,但是局限在傳統(tǒng)的光電探測(cè)器中,對(duì)其側(cè)向光伏效應(yīng)及光位置靈敏探測(cè)器方面的研究和報(bào)道極少。本文以Bi₂Te₃/Si異質(zhì)結(jié)為研究對(duì)象,系統(tǒng)研究了其縱向光電效應(yīng)和側(cè)向光伏效應(yīng),并且通過(guò)引入Ag納米顆粒增強(qiáng)表面等離子體共振來(lái)提高其光電探測(cè)性能及側(cè)向光伏響應(yīng)特性,為該異質(zhì)結(jié)在多功能光電器件的應(yīng)用和研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。首先,通過(guò)磁控濺射鍍膜系統(tǒng)在n型Si襯底上制備Bi₂Te₃薄膜,通過(guò)改變?yōu)R射時(shí)間,得到Bi₂Te₃薄膜厚度分別為10.5 nm、14 nm、28 nm、42 nm、56 nm的5個(gè)樣品,對(duì)樣品進(jìn)行了SEM、XRD、Ram... 

【文章來(lái)源】：河北大學(xué)河北省

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

Gep-n結(jié)的側(cè)向光伏效應(yīng)[2]

第一章緒論3行了系統(tǒng)的研究[30-38]，通過(guò)外場(chǎng)調(diào)控和精細(xì)結(jié)構(gòu)加工對(duì)金屬層和氧化層的厚度進(jìn)行改變，研究了不同層厚度對(duì)側(cè)向光伏效應(yīng)的調(diào)控作用，同時(shí)發(fā)展了的側(cè)向光伏的理論解釋。2010年，Yu等人報(bào)道了在Ti/SiO2/Si金屬-氧化物-半導(dǎo)體(MOS)結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)的一種基于側(cè)向光伏效應(yīng)原理的雙極性電阻效應(yīng)[39]。用激光照射異質(zhì)結(jié)，電阻呈現(xiàn)出明顯的極性特征。金屬層表面的橫向電阻與光照位置間也呈現(xiàn)出與側(cè)向光電壓相類似的良好的線性關(guān)系。2016年，Zhang等人通過(guò)在ZnO/Si異質(zhì)結(jié)界面鍍了一層半連續(xù)性Ag納米薄膜，他們認(rèn)為當(dāng)激光照射到異質(zhì)結(jié)時(shí)，在光照位置處Ag納米顆粒與光子相互作用產(chǎn)生局域表面等離子體共振耦合，極大地提高了對(duì)光的吸收，從而極大的增強(qiáng)了側(cè)向光伏效應(yīng)[40]。2017年，Qiao等人研究了ITO/MoS2/Si異質(zhì)結(jié)的側(cè)向光伏效應(yīng)[41]。揭示了基于MoS2的光電器件中存在著MoS2導(dǎo)電類型轉(zhuǎn)換的這一特點(diǎn)。通過(guò)測(cè)試一系列厚度不同的ITO/MoS2/Si異質(zhì)結(jié)的側(cè)向光伏效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)位置靈敏度隨著薄膜厚度的增加呈現(xiàn)出先增大后減小而后又增加的趨勢(shì)。為探究這種與之前變化情況異常的原理，對(duì)不同薄膜厚度的異質(zhì)結(jié)測(cè)試縱向I-V曲線，如圖1-3所示。由于ITO/MoS2界面內(nèi)建電場(chǎng)的反轉(zhuǎn)，導(dǎo)致MoS2的導(dǎo)電類型由n型轉(zhuǎn)變到p型。并且極大的拓寬了ITO/MoS2/Si異質(zhì)結(jié)的側(cè)向光伏效應(yīng)的響應(yīng)范圍，為高性能MoS2基光電器件的開(kāi)發(fā)鋪平了道路。圖1-3不同MoS2薄膜厚度的ITO/MoS2/Si異質(zhì)結(jié)的(a)縱向I-V曲線;(b)側(cè)向光電壓曲線[43]2019年，Zhang等人研究了Sb2Se3異質(zhì)結(jié)的側(cè)向光伏效應(yīng)，進(jìn)一步探討了反型層對(duì)側(cè)向光伏效應(yīng)的影響[42]。研究發(fā)現(xiàn)，沿Sb2Se3/p-Si結(jié)界面的載流子輸運(yùn)電阻低于Sb2Se3

河北大學(xué)理學(xué)碩士學(xué)位論文6圖1-4Bi2Te3晶體結(jié)構(gòu)示意圖[52]Bi2Te3作為一種典型的層狀半導(dǎo)體材料，最初在二十世紀(jì)六十年代憑借其優(yōu)良的溫差電效應(yīng)得到了科研人員的廣泛關(guān)注。在2009年，碲化鉍（Bi2Te3）、硒化鉍（Bi2Se3）和碲化銻（Sb2Te3）在理論上首次預(yù)言為三維強(qiáng)拓?fù)浣^緣體材料[54]，同年被普林斯頓大學(xué)以及斯坦福大學(xué)在實(shí)驗(yàn)中所證實(shí)[52,55-56]，之后碲化鉍材料又再次成為了研究的熱點(diǎn)方向[57]。由于Bi2Te3帶隙窄的特點(diǎn)，使得其在室溫下有相對(duì)較高的載流子濃度和電導(dǎo)率[51]，光吸收系數(shù)強(qiáng)、探測(cè)范圍寬等，因此，被認(rèn)為是一種可實(shí)現(xiàn)從紅外甚至到太赫茲的寬頻帶光電探測(cè)的理想材料。2015年，Yao等人報(bào)道了一種基于Bi2Te3/Si異質(zhì)結(jié)的垂直構(gòu)造的超寬帶光電探測(cè)器，在偏置條件下，可見(jiàn)響應(yīng)率達(dá)到約1A/W，響應(yīng)時(shí)間優(yōu)于100ms，作為一種自供電的光電探測(cè)器，它表現(xiàn)出極高的光敏性和良好的檢測(cè)能力[58]。2017年，Wang等人在p型Si上制備表面光滑的大納米板的Bi2Te3薄膜，在黑暗和光照條件下均表現(xiàn)出良好的p-n二極管特性，在紫外(UV)到近紅外(NIR)波長(zhǎng)的寬帶范圍內(nèi)表現(xiàn)出良好的光伏效應(yīng)，并且Bi2Te3/Si器件的光響應(yīng)可以在毫秒級(jí)范圍內(nèi)有效地切換開(kāi)關(guān)模式[59]。2019年，利用微納技術(shù)制備了基于Bi2Te3材料構(gòu)成的金屬-拓?fù)浣^緣體-金屬（MTM）結(jié)構(gòu)的太赫茲光電探測(cè)器，該項(xiàng)工作實(shí)現(xiàn)了太赫茲探測(cè)器件的可室溫工作、高響應(yīng)率以及高靈敏度[60]。可以看出，由于Bi2Te3優(yōu)異的光電特性，對(duì)于該方面的研究正在逐漸引起研究者的關(guān)注，而且當(dāng)Bi2Te3薄膜與Si結(jié)合形成Bi2Te3/Si異質(zhì)結(jié)時(shí)，Si的費(fèi)米能級(jí)高于Bi2Te3

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于金屬-半導(dǎo)體-金屬結(jié)構(gòu)的Bi2Te3室溫高響應(yīng)率太赫茲探測(cè)器[J]. 徐新月,張曉東,吳敬,江林,吳彩陽(yáng),姚娘娟,曲越,周煒,尹一鳴,黃志明.  紅外與毫米波學(xué)報(bào). 2019(04)
[2]Nanostructured thermoelectric materials:Current research and future challenge[J]. Zhigang Chen,Guang Han,Lei Yang,Lina Cheng,Jin Zou.  Progress in Natural Science:Materials International. 2012(06)

博士論文
[1]BiTe3低維結(jié)構(gòu)的熱壁外延生長(zhǎng)及其激光熱效應(yīng)[D]. 郭建華.中國(guó)科學(xué)院研究生院（上海技術(shù)物理研究所） 2014



本文編號(hào)：3618845