人工微纳结构光电探测器制备与机理研究
发布时间：2020-09-14 09:59
随着纳米科学、微纳加工技术等的发展与进步,人工微纳结构光电探测器的研究与发展正处于蓬勃发展期。目前,国际上报道的基于纳米材料的电子、光电子器件等研究进展迅速,尤其在光电探测领域,人工微纳结构光电探测器在某些性能指标上已经超越传统材料探测性能。尤其突出的是,基于人工微纳结构光电探测器在室温条件下表现出卓越的光电转换性能,将是下一代高性能、非制冷光电探测最有竞争力的探测器技术之一。本论文主要围绕大面积外延高质量二维材料以实现人工微纳结构光电探测器面阵化;通过局域场增强技术实现高性能人工微纳结构光电探测器;利用高空间分辨微区光电表征技术解决微纳结构器件光电表征等,旨在解决困扰新型人工维纳结构光电探测器技术的三大难题:面阵化、探测增强技术、微区器件表征技术等。具体研究内容如下:1.显微/微区光电表征系统设计与搭建。新型纳米材料、低维半导体材料具有极大的比表面积与丰富的表面态等特点,其光电性能与传统薄膜材料有一定差异,且这类材料尺度微小、难于进行结构加工,传统光电表征技术难以满足。此外,传统体材料/薄膜探测器逐步向超小像元与超级集成等方向迈进,对原有探测器表征技术提出了更高精度要求。针对当前探测器表征技术要求,我们设计一系列针对显微/微区光电表征系统,解决了人工微纳结构光电探测器微区光电表征的需求以及传统平面型薄膜探测器高分辨检测要求,对后续深入研究提供了有力的技术支撑。2.晶圆级范德华二维异质结光电探测器制备与机理研究。通过分子束外延(MBE)方法制备具有结晶度高、层数可控、均匀可靠的GaSe/GaSb、GaSe/Si、GaTe/Si、GaTexSe1-x/Si等二维范德华异质结,实现具有晶圆级尺寸的高性能二维异质结探测器技术。通过构建二维异质结结构以引入强内建电场,这使得光生载流子能被高效分离,同时抑制器件暗电流及噪声水平,大幅提升器件探测性能等。3.基于局域场调控的高性能人工微纳结构光电探测器。通过构建铁电极化场、空间电荷局域场等对新型纳米材料进行载流子输运特性等的调控,以此实现新型低维半导体材料的PN结、异质结、能带操控等,从而达到抑制背景载流子浓度,解决人工微纳结构光电探测器暗电流较大问题,同时大幅提高探测器信噪比及探测率等光电性能。4.传统平面型HgCdTe红外探测器微区结面研究与机理分析。通过高空间分辨激光诱导光电流(LBIC)分析方法对HgCdTe外延层中ICP刻蚀台面损伤进行评估。这种具有原位、无损的的微区光电表征技术可以对传统平面型薄膜器件的微台面蚀刻损伤分布情况进行精确定量分析,是传统探测器走向超规模面阵化的必要条件。
【学位单位】：安徽大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN15
【部分图文】：
１．２新型人工微纳结构光电探测器逡逑随着纳米科学、材料科学的迅猛发展，近十几年涌现出成百、上千种新型纳逡逑米材料，如量子点（ｑｕａｎｔｕｍ邋ｄｏｔ）丨６—９丨、纳米线（ｎａｎｏｗｉｒｅ）逦丨、二维材料（ｔｗｏ－逡逑ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ邋ｍａｔｅｒｉａｌ）丨１６＿３１丨、纳米片（ｎａｎｏｓｈｅｅｔ）丨３２，３３１等这些新型纳米材料在逡逑某个维度上具有纳米级几何尺寸、极大的比表面积等异于传统薄膜材料的特点，逡逑使得其表现出新奇的物化特性与卓越的光电性能。随着微纳加工技术的飞速发展，逡逑新型纳米材料实现器件工艺等条件逐渐成熟与完备，由此形成一类具有微纳结构逡逑的新型光电探测器件一一人工微纳结构光电探测器。这种探测器在室温环境下表逡逑现出高性能、低成本且功耗低、更具有实现超大面阵与集成化等潜力，以满足现逡逑阶段对新一代探测器发展要求。新材料、新结构的出现颠覆了传统探测材料的理逡逑论极限，极大的丰富了探测器材料与结构的选择性，为新一代光电探测技术提供逡逑了新的思路。逡逑０．０１邋０．１逦０．２逦０．３逦０．４逦０．７６邋１．１逦３逦６逦２５逦１００邋１０００邋（ｐｍ）逡逑—．．．．．．．．．．．．逡逑
接带隙半导体导带上的电子跃迁回价带所需的时间相比于直接带隙半导体略长。逡逑此外，通过不同功率下的光响应测试可以看出，多层Ｍ0Ｓ２晶体管具有非常明显逡逑的光响应，如图１－３邋（ｆ）。ＭｏＳ２不但表现出优异的光电特性，而且具有很大的初逡逑性，在下一代电子、光电子、柔性可穿戴器件方面具有极大的应用前景。自此，逡逑关于过渡金属硫族化合物二维材料及器件的报道如雨后春笋般涌现逡逑１．２．３新型二维窄禁带半导体红外探测器逡逑ａ逦ｂ逦ｃ逡逑Ｂｌａｃｋ邋ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ逦狡逡逑Ｌ：逡逑ｌｉＭＵ逡逑０邋，２Ｓ邋°＇Ｅｎｅｒ８ｙ（ｅＶ）＂邋＂邋３逦二５邋ｉｂ＿邋５邋＿ｍ逦￣５０—＂Ｓ—￣５Ｓ—１００逡逑ｖｇ（Ｖ）逦ｖ邋ｖｄ５邋＾ｍＶ）逡逑ｄ邋ＯＯＵＱＥ３１逡逑■■■■■逡逑０邋Ｓ邋Ｋ）邋１５邋２０邋２５邋０邋Ｓ邋！0邋ＩＳ邋２０邋２＊．邋０邋５邋１Ｃ邋ＩＳ邋２０邋２５邋Ｃ邋５邋１Ｃ邋１５邋２０邋２５邋６邋５邋１０邋＊５邋２０邋２５邋３０逡逑Ｌｎｔ＜＞ｉａ！邋（ｕｎｉ）逦Ｕｔｔ－ｒａｌ邋ｓｃａ！？邋？ａｍ）逦ｌａｔｅｆａ！邋ｓｃａｌｅ逦Ｌａｔｅｒａｌ邋？：ｊ（ｌｅ邋（（ｉｍ）逦Ｌａｔｅｒａｌ邋ｓｃａｌｅ邋（｜？ｍ＞逡逑图１－４．新型二维窄禁带半导体黑磷（ＢＰ）。（ａ）邋ＢＰ的分子结构及二维材料家族能带分布示逡逑意图。（ｂ）基于ＢＰ的场效应晶体管
ｏｐｔｉｃａｌ邋ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｉｔｙ邋ｓｐｅｃｔｒａｌ邋ａｎｄ邋ｅｘｔｅｒｎａｌ邋ｑｕａｎｔｕｍ邋ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ邋ｓｐｅｃｔｒａｌ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ＡｓＢＰ邋ｉｎｆｒａｒｅｄ邋ｄｅｔｅｃｔｏｒ．逡逑首次通过机械剥离方法分离出黑磷（ＢＰ）后，１０多年来研宄石墨烯所积累逡逑的经验与技术都被用Ｔ？研制和表征ＢＰ堪纳米器件％、６６１。图１－４邋（ａ）展示丫邋ＢＰ逡逑的分ｆ？结构及：维材料家族能带分布小？总阁，黑磷既Y澒耍蚰┦椅赂咔ㄒ坡叔义系扔判愕缪匦裕旨婢撸裕停模米謇嗨哂械奶烊淮叮掖督橛谑┯脲义希裕停模弥洌羌咔绷Φ男滦投焱夤獾缣讲獠牧稀Ｍ迹保村澹ǎ猓┫允玖撕诹族义暇骞艿某⌒вμ匦浴Ｆ骷硐殖鏊缘骺啬芰η揖哂懈呤椅虑ㄒ坡剩ⅲ义澹拢绣义铣⌒в骞芩蕴匦允侵票妇哂泄δ芙峁沟哪擅灼骷忍煊攀疲绺螅欤矗ǎ悖╁义纤尽４送猓拢蟹肿咏峁咕哂忻飨缘母飨蛞煨裕虼随砀桑拢泄獾缣讲馄骶哂衅义险衩舾行蕴讲饽芰Α＃伲酰幔睿校傻热搜兄屏艘恢执怪保穑罱峤峁沟模拢泄獾缣讲馄鳎义险庵执梗郑欤海穑罱峤峁梗睿砣巳颂幔疗衩簦≈漆埽旱奶讲庑椤Ｆ骷停妫簦椋檎窆饧ゅ义戏⑾碌墓獾缌鳎恚幔穑穑椋睿缃峁缤疾罚村澹ǎ洌┧
本文编号：2818035
【学位单位】：安徽大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN15
【部分图文】：
１．２新型人工微纳结构光电探测器逡逑随着纳米科学、材料科学的迅猛发展，近十几年涌现出成百、上千种新型纳逡逑米材料，如量子点（ｑｕａｎｔｕｍ邋ｄｏｔ）丨６—９丨、纳米线（ｎａｎｏｗｉｒｅ）逦丨、二维材料（ｔｗｏ－逡逑ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ邋ｍａｔｅｒｉａｌ）丨１６＿３１丨、纳米片（ｎａｎｏｓｈｅｅｔ）丨３２，３３１等这些新型纳米材料在逡逑某个维度上具有纳米级几何尺寸、极大的比表面积等异于传统薄膜材料的特点，逡逑使得其表现出新奇的物化特性与卓越的光电性能。随着微纳加工技术的飞速发展，逡逑新型纳米材料实现器件工艺等条件逐渐成熟与完备，由此形成一类具有微纳结构逡逑的新型光电探测器件一一人工微纳结构光电探测器。这种探测器在室温环境下表逡逑现出高性能、低成本且功耗低、更具有实现超大面阵与集成化等潜力，以满足现逡逑阶段对新一代探测器发展要求。新材料、新结构的出现颠覆了传统探测材料的理逡逑论极限，极大的丰富了探测器材料与结构的选择性，为新一代光电探测技术提供逡逑了新的思路。逡逑０．０１邋０．１逦０．２逦０．３逦０．４逦０．７６邋１．１逦３逦６逦２５逦１００邋１０００邋（ｐｍ）逡逑—．．．．．．．．．．．．逡逑
接带隙半导体导带上的电子跃迁回价带所需的时间相比于直接带隙半导体略长。逡逑此外，通过不同功率下的光响应测试可以看出，多层Ｍ0Ｓ２晶体管具有非常明显逡逑的光响应，如图１－３邋（ｆ）。ＭｏＳ２不但表现出优异的光电特性，而且具有很大的初逡逑性，在下一代电子、光电子、柔性可穿戴器件方面具有极大的应用前景。自此，逡逑关于过渡金属硫族化合物二维材料及器件的报道如雨后春笋般涌现逡逑１．２．３新型二维窄禁带半导体红外探测器逡逑ａ逦ｂ逦ｃ逡逑Ｂｌａｃｋ邋ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ逦狡逡逑Ｌ：逡逑ｌｉＭＵ逡逑０邋，２Ｓ邋°＇Ｅｎｅｒ８ｙ（ｅＶ）＂邋＂邋３逦二５邋ｉｂ＿邋５邋＿ｍ逦￣５０—＂Ｓ—￣５Ｓ—１００逡逑ｖｇ（Ｖ）逦ｖ邋ｖｄ５邋＾ｍＶ）逡逑ｄ邋ＯＯＵＱＥ３１逡逑■■■■■逡逑０邋Ｓ邋Ｋ）邋１５邋２０邋２５邋０邋Ｓ邋！0邋ＩＳ邋２０邋２＊．邋０邋５邋１Ｃ邋ＩＳ邋２０邋２５邋Ｃ邋５邋１Ｃ邋１５邋２０邋２５邋６邋５邋１０邋＊５邋２０邋２５邋３０逡逑Ｌｎｔ＜＞ｉａ！邋（ｕｎｉ）逦Ｕｔｔ－ｒａｌ邋ｓｃａ！？邋？ａｍ）逦ｌａｔｅｆａ！邋ｓｃａｌｅ逦Ｌａｔｅｒａｌ邋？：ｊ（ｌｅ邋（（ｉｍ）逦Ｌａｔｅｒａｌ邋ｓｃａｌｅ邋（｜？ｍ＞逡逑图１－４．新型二维窄禁带半导体黑磷（ＢＰ）。（ａ）邋ＢＰ的分子结构及二维材料家族能带分布示逡逑意图。（ｂ）基于ＢＰ的场效应晶体管
ｏｐｔｉｃａｌ邋ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｉｔｙ邋ｓｐｅｃｔｒａｌ邋ａｎｄ邋ｅｘｔｅｒｎａｌ邋ｑｕａｎｔｕｍ邋ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ邋ｓｐｅｃｔｒａｌ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ＡｓＢＰ邋ｉｎｆｒａｒｅｄ邋ｄｅｔｅｃｔｏｒ．逡逑首次通过机械剥离方法分离出黑磷（ＢＰ）后，１０多年来研宄石墨烯所积累逡逑的经验与技术都被用Ｔ？研制和表征ＢＰ堪纳米器件％、６６１。图１－４邋（ａ）展示丫邋ＢＰ逡逑的分ｆ？结构及：维材料家族能带分布小？总阁，黑磷既Y澒耍蚰┦椅赂咔ㄒ坡叔义系扔判愕缪匦裕旨婢撸裕停模米謇嗨哂械奶烊淮叮掖督橛谑┯脲义希裕停模弥洌羌咔绷Φ男滦投焱夤獾缣讲獠牧稀Ｍ迹保村澹ǎ猓┫允玖撕诹族义暇骞艿某⌒вμ匦浴Ｆ骷硐殖鏊缘骺啬芰η揖哂懈呤椅虑ㄒ坡剩ⅲ义澹拢绣义铣⌒в骞芩蕴匦允侵票妇哂泄δ芙峁沟哪擅灼骷忍煊攀疲绺螅欤矗ǎ悖╁义纤尽４送猓拢蟹肿咏峁咕哂忻飨缘母飨蛞煨裕虼随砀桑拢泄獾缣讲馄骶哂衅义险衩舾行蕴讲饽芰Α＃伲酰幔睿校傻热搜兄屏艘恢执怪保穑罱峤峁沟模拢泄獾缣讲馄鳎义险庵执梗郑欤海穑罱峤峁梗睿砣巳颂幔疗衩簦≈漆埽旱奶讲庑椤Ｆ骷停妫簦椋檎窆饧ゅ义戏⑾碌墓獾缌鳎恚幔穑穑椋睿缃峁缤疾罚村澹ǎ洌┧
本文编号：2818035
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/2818035.html
