基于低维材料的宽波段光电探测器研究

发布时间：2020-08-03 12:41

【摘要】：宽波段光电探测器在通讯、成像、国防、航空等领域应用广泛,备受研究者的青睐,随着新型低维纳米材料的出现,他们所展现出的优异的性能,包括宽波段吸收、强的光-物质相互作用、极佳的柔性、超薄的厚度以及与多种衬底的兼容性等,为宽波段光探测领域注入了新活力。本论文的主要研究内容为通过磷化亚铜纳米晶的表面等离子体效应和石墨烯结合为异质结实现高效的宽波段探测,通过化学气相沉积法生长小带隙二维材料硫化铂-硒化铂异质结,并构建高效的自驱动宽波段探测器。具体研究内容如下:1.石墨烯-磷化亚铜纳米晶异质结光电探测器研究深入系统地研究了一种基于石墨烯-磷化亚铜纳米晶异质结光电探测器。探索了磷化亚铜的自掺杂浓度以及表面配体对器件性能的影响以及变化趋势。实验发现磷化亚铜纳米晶一方面能够有效改变本征石墨烯的掺杂状态;另一方面,磷化亚铜纳米晶的等离子共振吸收效应有效提升了器件在红外区的光吸收能力,基于此可以实现高性能的PN结型红外光电探测器。我们制备的石墨烯-磷化亚铜纳米晶异质结光电探测器结构简单,与传统硅基技术兼容性高,因而有潜力实现低成本、高效率的商业化应用。2.硫化铂-硒化铂异质结光电探测器研究研究了一种基于硫化铂-硒化铂垂直异质结的光电探测器件。通过在硅基底上原位生长二维材料的范德华异质结阵列并制备相应的光电器件,在零偏压下实现了高光电响应率(361 m AW-1)和外量子效率(84%),探测范围覆盖405 nm到2200nm。结合理论模拟和实验表征,提出了耦合后两种二维材料的能带带隙变化,为后续的光电机理研究提供了基础。本项研究提出的大面积异质结制备方法和极高的器件探测效率,为基于低维材料异质结光电探测器的商业化提供了一个可行的方案。
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1;TN15
【图文】：

于低维材料的宽波段光电探测器研究 第一章 绪着电子和空穴迁移率的提升。当器件沟道尺寸保持不变，迁移率提升导致电子空穴渡越沟道的时间（ttrans）缩短。可以用公式 1-1 表示17： rans= 2 SD（1-1中，L 是器件沟道长度， 是电子和空穴迁移率。如果空穴的迁移率远低于电子迁移率，那么电子渡越器件沟道的时间远远小于空穴。当一个空穴传输到电时，许多电子早已参与回路并循环多次产生光电流，导致了光电导增益的产生

绪论 基于低维材料的宽波段光电探被材料的缺陷或表面处有效的俘获，导致更长的载流子寿命。相比，此时一个电子或空穴渡越沟道到电极端时，更多空穴或电子早已因此产生更大的光电导增益。这种效应在纳米结构材料如量子点，纳料中比较常见，因为低维材料的比表面积相对较大，缺陷态较高，生载流子。基于光栅效应的器件在光照下转移曲线发生水平移动，如在光照条件下，半导体材料吸收光子产生电子空穴对，空穴被价带俘获，在这种情况下，被俘获而聚集的空穴能有效移动材料的费米诱发更多的电子产生。电子密度的增加进一步降低了器件的电阻，多光电流流动。聚集的电荷会形成有效的栅极电场使 ISD-VSD曲线相生水平移动（ VG），而 VG的正负代表着被俘获电荷的极性。如图 光栅效应也能导致了负向光电流。

图 1.3（a）光伏效应原理图。（b）光伏效应下器件的 ISD-VSD特性曲线。1.2.4 光热电效应在光热电效应中，光的不均匀照射导致沟道间的半导体存在温度梯度（ T）。该温度梯度可以通过塞贝克系数转化为半导体的电压梯度（ V），如图 1.4 所示。产生的电压正比于温度，表达式如 1-2 所示19： = × (1-2)其中 S 为塞贝克系数。这个温度梯度可以是照射时激光光斑面积远小于器件沟道尺寸导致的局部加热，也可能是不同区域吸光度不同引起的温度不均。

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本文编号：2779644