光電探測器是一種可以將光信號轉換為電信號的設備,在成像技術、環(huán)境監(jiān)測和光通信等領域都扮演著十分重要的角色。商業(yè)使用的光電探測器多數(shù)的設計是基于晶體硅和硅-鍺異質結或III-V族半導體合金體相材料。然而,這類材料具有易碎、價格昂貴以及苛刻的制備工藝等諸多缺點,難以滿足下一代光電子器件在低功耗、輕量化設計、易于攜帶、機械柔性、可擴展性以及低制備成本等方面的需求。以鹵化物鈣鈦礦,無機納米晶體,有機半導體和新興二維材料為代表的新型低維半導體材料擁有獨特物理電子性質。因而基于低維材料構筑的快速響應、靈敏度高和低功耗的寬光譜光電探測器有望成為通訊、遙感、監(jiān)測和成像等技術的至關重要元器件,所以受到國內(nèi)外高度研究關注,成為信息等領域研究的前沿熱點問題之一。目前普遍研究的低維材料光探測器探測范圍從深紫外到近紅外,器件的單一技術指標非常優(yōu)異。但評價低維材料光探測器性能優(yōu)劣不能僅關注一個技術指標,需要綜合考慮各個技術指標間的平衡關系。此外如何發(fā)展廉價、簡易材料制備工藝以及構筑基于低維材料大面積光電探測器還具有挑戰(zhàn)性,所以這方面的研究具有重要科學和應用價值。而溶液法合成具有低成本、規(guī)�；奶攸c,其合成通常涉及... 

【文章來源】：東華大學上海市 211工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：博士

【部分圖文】：

典型的光電探測器應用于不同的檢測波段，從紫外UV，可見VIS到寬紅外，包括近紅外NIR，短波紅外SWIR，中波紅外MWIR，長波紅外LWIR和遠紅外FIR＆THz[2]

博士學位論文5Figure1.1Thetypicalphotodetectorapplicationsatdifferentdetectionspectralbands,fromtheultraviolet(UV),visible(VIS)tothebroadinfrared,includingNIR,SWIR,MWIR,LWIRandFIR&THz[2]圖1.2紫外到紅外波段商售光電探測器概覽（來自美國Thorlabs公司。https://www.thorlabschina.cn/navigation.cfm）Figure1.2Overviewofcommerciallyavailablephotodetectorsfromtheultraviolettotheinfrared(FromThorlabsInc.,USA.https://www.thorlabschina.cn/navigation.cfm)1.2光電探測器的簡介1.2.1光電探測器的工作機制光電探測器是一種將光信號轉換為電信號的器件。這里光電轉化主要涉及兩種類型的光電流產(chǎn)生機制。一種由于光學躍遷而引起的自由載流子的激發(fā)，包括光伏效應（photovoltaiceffect），光電導效應（photoconductiveeffect）和光致柵調(diào)控效應

博士學位論文6（photogatingeffect）。另一種歸因于熱效應，包括光熱電（photothermoelectric）和輻射熱效應（bolometriceffect）。（a）光電導效應（photoconductiveeffect）。在光電導效應中，半導體吸收光子產(chǎn)生額外的自由載流子，并降低了電阻（見圖1.3）。圖1.3a描繪了FET的能帶圖。在外加偏壓（Vds）無光照的情況下，小的源極-漏極電流（也稱為暗電流，Idark）可以流過。有光照時，半導體吸收能量高于帶隙（Eph>Eg）的光子產(chǎn)生電子-空穴對，并由外加的偏壓Vds分離（圖1.3b）。光生電子和空穴沿相反方向向金屬電極端漂移，導致電流凈增加（Iph）。這種光生電流增加了暗電流，降低了器件的電阻，如圖1.3c和d所示。圖1.3光電導效應示意圖。（a）無光照外加偏壓下與兩種金屬（M）接觸的半導體溝道能帶對準示意圖。小電流流過器件（Idark）。（b）光子能量（Eph）高于帶隙（Eg）的光照下的能帶對準示意圖。光子被吸收產(chǎn)生e-h對并被外部施加的偏壓分離，產(chǎn)生光電流（Iph），增加Idark。（c）黑暗（黑線）和光照（紅線）下Ids-Vg曲線。照明導致電導率（垂直偏移）的增加和整個柵壓范圍內(nèi)的正光電流。（d）在暗處（黑線）和在光照下（紅線）的Ids-Vg曲線。光照導致電導率增加和正光電流[4]Figure1.3Schematicofthephotoconductiveeffect.(a)Bandalignmentforasemiconductorchannelcontactedwithtwometals(M)underanexternalbiaswithoutillumination.Asmallcurrentflowsthroughthedevice(Idark).(b)Bandalignmentunderilluminationwithphotonsofenergy(Eph)higherthanthebandgap(Eg).Theabsorptionofphotonsgeneratese-hpairsthatareseparatedbytheexternalappliedbias,generatingaphotocurrent(Iph)w

【參考文獻】：
期刊論文
[1]金屬氧化物納米材料的設計與合成策略（英文）[J]. 孫子其,廖婷,寇良志.  Science China Materials. 2017(01)



本文編號：3510643