本文關(guān)鍵詞：新型低維光電探測器機理研究

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【摘要】：近十幾年來,隨著納米材料制備和微納加工水平的不斷提高,各種新穎的一維、二維材料被廣泛地研究。低維材料特有的優(yōu)異的光學(xué)和物理特性,為實現(xiàn)高增益、快速、寬光譜光電探測提供了可能。本論文主要研究了基于新型低維材料場效應(yīng)晶體管光電探測器,其中包括:In As納米線可見-近紅外探測器、石墨烯近紅外探測器、Ga N基HEMT器件超遠紅外太赫茲探測器。具體內(nèi)容如下:1.利用chemical vapor deposition(CVD)的方法生長了一種“類芯殼層”(core/shell-like)結(jié)構(gòu)的In As納米線,在納米線的近表面形成了一層“Photogating Layer”,即PGL。采用電子束曝光工藝制作In As納米線場效應(yīng)晶體管的背柵器件。當(dāng)光照射在納米線時,PGL俘獲從納米線芯部激發(fā)的光生電子。這些被俘獲的電子形成一個很強的負的內(nèi)建電場反過來調(diào)制納米線芯部的電導(dǎo),來耗盡納米線芯部的自由電子,導(dǎo)致一個反常的負的光電流。探測器的可見光光導(dǎo)增益高達-105,響應(yīng)速度為12 ms,近紅外室溫光增益為-1.1。2.利用機械剝離法和電子束曝光技術(shù)制作了石墨烯場效應(yīng)晶體管的背柵器件。通過自行搭建的微區(qū)光電流掃描測試平臺對石墨烯器件進行近紅外二維光電流mapping,獲得了由金半接觸形成的內(nèi)建電場貢獻的光電流,以及非故意p+型摻雜引起的光熱電效應(yīng)貢獻的光電流。此外,通過二維光電流mapping發(fā)現(xiàn)通過改變柵壓可有效調(diào)節(jié)石墨烯的費米能級,改變光電流的大小。最后,采用自行研制的微區(qū)激光主動成像系統(tǒng),實現(xiàn)了石墨烯器件對目標(biāo)樣品清晰的室溫紅外成像。3.設(shè)計了交替周期性光柵Al Ga N/Ga N場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu),采用時域有限差分法(FDTD)數(shù)值模擬計算了二維電子氣等離子體激元共振太赫茲波吸收譜。該結(jié)構(gòu)是對傳統(tǒng)周期性金屬光柵的狹縫進行高摻雜的半導(dǎo)體材料填充,形成填充柵。在正柵壓下,填充柵可調(diào)制增強原本狹縫下方無法調(diào)制的二維電子氣密度,該增強的二維電子氣對金屬柵下方的電子氣起到一個高效的電振蕩器作用,顯著提高了激發(fā)等離子體激元高階共振模式的強度,增強了太赫茲波的吸收。
【關(guān)鍵詞】：InAs納米線 Photogating效應(yīng) 反常光響應(yīng) 石墨烯 光熱電效應(yīng) 光伏效應(yīng) 掃描光電流顯微術(shù) 紅外探測器 二維電子氣 等離子體激元 太赫茲波 電子束曝光
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN15
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 引言11-24
• 1.1 In As納米線光電探測器11-15
• 1.1.1 納米線光電探測器發(fā)展簡介11-13
• 1.1.2 In As納米線光電探測器13-15
• 1.2 石墨烯光電探測器15-19
• 1.2.1 光伏效應(yīng)15-17
• 1.2.2 光熱電效應(yīng)17-18
• 1.2.3 輻射熱效應(yīng)18-19
• 1.2.4 photogating效應(yīng)19
• 1.3 基于二維電子氣等離子體波的太赫茲探測器19-24
• 第二章 基于多子導(dǎo)電機制的In As納米線光電探測器24-41
• 2.1 引言24-27
• 2.2 In As納米線材料的合成27-28
• 2.3 In As納米線場效應(yīng)晶體管（FET）的制作28-29
• 2.4 In As納米線FET光電測試研究29-39
• 2.4.1 基于多子導(dǎo)電機制的反常光電現(xiàn)象及其基本物理模型29-31
• 2.4.2 背柵調(diào)制對反常光響應(yīng)的影響研究31-35
• 2.4.3 表面態(tài)對反常光響應(yīng)影響的研究35-36
• 2.4.4 不同光功率下的反常光響應(yīng)研究36-38
• 2.4.5 納米線不同位置處的反常光響應(yīng)研究38-39
• 2.4.6 紅外光響應(yīng)測試研究39
• 2.5 本章小結(jié)39-41
• 第三章 石墨烯近紅外光電性能研究41-54
• 3.1 引言41-44
• 3.2 石墨烯場效應(yīng)晶體管（FET）的制作44-45
• 3.3 石墨烯FET光電測試45-52
• 3.3.1 微區(qū)光電流掃描測試平臺45-49
• 3.3.2 石墨烯FET可見/近紅外mapping測試49-52
• 3.4 石墨烯FET近紅外成像52-53
• 3.5 本章小結(jié)53-54
• 第四章 Ga N基HEMT器件交替周期性柵結(jié)構(gòu)太赫茲波探測器54-63
• 4.1 引言54-55
• 4.2 器件結(jié)構(gòu)及計算模型55-57
• 4.3 THz波吸收譜模擬計算結(jié)果分析57-61
• 4.4 本章小結(jié)61-63
• 第五章 總結(jié)與展望63-66
• 5.1 論文總結(jié)63-64
• 5.2 后期展望64-66
• 參考文獻66-80
• 作者簡介及在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果80-82

【參考文獻】

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 馬明瑞;太赫茲等離子體波探測器的研究[D];中國科學(xué)院研究生院（上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所）;2006年

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本文編號：1060687