基于少层ReS 2 /单层MoS 2 —Ⅰ型异质结的高性能晶体管及光电探测器
发布时间：2021-10-09 05:44
基于过渡金属硫族化合物（TMDs）II型异质结在光伏及光电探测领域受到广泛关注与研究。本文中,我们研制了 一种基于少层ReS2/单层MoS2-I型异质结的高性能薄膜晶体管和光电探测器。归功于I型异质结的本征特性、少层ReS2的独特性质以及范德瓦尔斯层间耦合作用,所制备的光电探测器表现出极低的漏电流（10-14A）和等效噪声比率（6×10-23WHz-1/2）,这在同类的光电探测器件中都均为记录,非常适合极弱光信号的探测。通过理论计算,当ReS2薄膜从单层增加到特定少层,平面内各向异性的ReS2和各向同性的MoS2之间巨大的晶格错配导致异质结的能带结构发生巨大变化,具体表现为半导体异质结从间接带隙转变为直接带隙。实验结果还表明,探测器光电流随ReS2薄层厚度的改变而变化,利用5-6层ReS2和单层MoS2形成的异质结制备的光电探测器具有最优的综合性能。实验得到的结果表明了基于少层ReS2/单层MoS2的I型异质结同样可以被用于光电探测领域,尤其是在极低噪声的光电倍增管和光电探测器领域有良好的应用前景。
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２范德瓦尔斯异质结干湿法转移流程示意图［１７１??
〇??这其中，一种３０?ｎｍ厚的ＲｅＳ２薄膜基光电探测器在经过特殊的氧等离子体??处理后，表现出ＺｊＸＨ＾ＡＷ－１的响应度［３８］，如图１．５所示为该器件的三维示意??图和电学性能曲线。??（ａ）?°：?Ｐ｜ａｓｒｎａ?（ｂ）ｉ〇Ｊｉ????ｉ１〇－ｓ??Ｓｉ〇７?２?■?２?＾?〇ｆｌ－ｃｕｒｒ？Ｍ??ｍｍ?Ｓｏｕｒｃｅ?＾?Ｄｒａｉｎ?〇?〇１０?＂ｏ?３〇?ｅｏ??－?ｍ?１０＾?Ｌ－?Ｅｔｃｈｉｎｇ?ｕｒｎ，?ｐｏｏｌ??ｊｔｆｋ?〇?ｉｓ?３〇??Ｇａｔｅ?ｖｏｌｔａｇｅ?（Ｖ）??图１．５?（ａ）氧等离子体处理的ＲｅＳ２薄膜晶体管三维示意图；（ｂ）?ＲｅＳ２薄膜晶体??管随氧等离子处理时间变化的Ｉｄ－Ｖｇ曲线［５８］??Ｆｉｇｕｒｅ?１．５?（ａ）?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?〇ｉ?－ｐｌａｓｍａ－ｔｒｅａｔｅｄ?ＲｅＳ２?ＴＦＴ?ａｎｄ?ｏｐｔｉｃａｌ?ｉｍａｇｅｓ??ｂｅｆｏｒｅ?ａｎｄ?ａｆｔｅｒ?〇２?ｐｌａｓｍａ?ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；?（ｂ）?Ｉｄ－?Ｖｇ?ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆ?ＲｅＳ２?ＴＦＴｓ?ａｓ?ａ?ｆｕｎｃｔｉｏｎ?ｏｆ??〇２?ｐｌａｓｍａ?ｔｒｅａｔｍｅｎｔ?ｔｉｍｅ．??另外，一种少层ＲｅＳ２基的光电探测器具有８８６００ＡＷ－１的响应度和１０８的器??件开关比，被报导具有探测微弱信号的能力［５７］。然而，目前研究的局限在＋?，大??多数上述的器件虽然拥有不错的响应度和开关比，但是漏电流依然处于相对比较??高的值
性新的层面，也因此可以创造出新一代的原子级薄电子和光电子器件。例如，最??近关于单层ＷＳｅ２和ＭｏＳ２异质结的研究在空间上显示出相当独特直接吸收但空??间上显示出相当独特直接吸收但空间间接发射（图１．６）?［４６】。经发现这种空间上??的间接光致发光强度变化过渡相当强烈，表明有强大的层间耦合的电荷载体。这??种相当独特的层间耦合提供了能带工程中的新自由度被探索的可能性。也用于设??计具有定制复合层和可调光电子的新半导体异质结构。??？？?（２）?〇??Ｅｃ＾－２．—??（３）?（１）??⑴??〇〇??Ｅｖ?－〇７７２）??／！＋??ＳＬＭｏＳ２?ＳＬＷＳｅ２??图１．６ＷＳｅ２／Ｍ〇Ｓ２异质结在光激发下载流子的能带跃迀示意图［４６］??Ｆｉｇｕｒｅ?１．６?Ａ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｂａｎｄ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＷＳｅ２／ＭｏＳ２?ｈｅｔｅｒｏ－ｂｉｌａｙｅｒ?ｕｎｄｅｒ??ｐｈｏｔｏｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ．??ＴＭＤ－ＴＭＤ异质结构的构建使得多种多样功能器件的制备得以实现，如ｐ－ｎ??二极管，它是许多光电设备，包括光电二极管，太阳能电池和发光二极管的最基??本的组成元件。传统的ｐ－ｎ二极管通常是通过选择性地掺杂半导胃体材料来获得Ｐ－??ｎ二极管，材料分为ｐ型和ｎ型区域。但是，由于选择性掺杂２Ｄ半导体并控制??它们的范围是十分困难的，所以在２Ｄ－ＴＭＤ中制备ｐ－ｎ二极管是一件有挑战的??事。为此，静电掺杂被用来制备平面Ｐ－ｎ二极管，但通常因受边缘电场和通常相??对较低的光电子效率（例如，光子到电子转换外部量子效率（ＥＱＥ）?￣?０．１－１％）??的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯:打开二维材料之门——评2010年诺贝尔物理学奖[J]. 范桂锋,朱宏伟. 现代物理知识. 2010(06)
本文编号：3425751
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２范德瓦尔斯异质结干湿法转移流程示意图［１７１??
〇??这其中，一种３０?ｎｍ厚的ＲｅＳ２薄膜基光电探测器在经过特殊的氧等离子体??处理后，表现出ＺｊＸＨ＾ＡＷ－１的响应度［３８］，如图１．５所示为该器件的三维示意??图和电学性能曲线。??（ａ）?°：?Ｐ｜ａｓｒｎａ?（ｂ）ｉ〇Ｊｉ????ｉ１〇－ｓ??Ｓｉ〇７?２?■?２?＾?〇ｆｌ－ｃｕｒｒ？Ｍ??ｍｍ?Ｓｏｕｒｃｅ?＾?Ｄｒａｉｎ?〇?〇１０?＂ｏ?３〇?ｅｏ??－?ｍ?１０＾?Ｌ－?Ｅｔｃｈｉｎｇ?ｕｒｎ，?ｐｏｏｌ??ｊｔｆｋ?〇?ｉｓ?３〇??Ｇａｔｅ?ｖｏｌｔａｇｅ?（Ｖ）??图１．５?（ａ）氧等离子体处理的ＲｅＳ２薄膜晶体管三维示意图；（ｂ）?ＲｅＳ２薄膜晶体??管随氧等离子处理时间变化的Ｉｄ－Ｖｇ曲线［５８］??Ｆｉｇｕｒｅ?１．５?（ａ）?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?〇ｉ?－ｐｌａｓｍａ－ｔｒｅａｔｅｄ?ＲｅＳ２?ＴＦＴ?ａｎｄ?ｏｐｔｉｃａｌ?ｉｍａｇｅｓ??ｂｅｆｏｒｅ?ａｎｄ?ａｆｔｅｒ?〇２?ｐｌａｓｍａ?ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；?（ｂ）?Ｉｄ－?Ｖｇ?ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆ?ＲｅＳ２?ＴＦＴｓ?ａｓ?ａ?ｆｕｎｃｔｉｏｎ?ｏｆ??〇２?ｐｌａｓｍａ?ｔｒｅａｔｍｅｎｔ?ｔｉｍｅ．??另外，一种少层ＲｅＳ２基的光电探测器具有８８６００ＡＷ－１的响应度和１０８的器??件开关比，被报导具有探测微弱信号的能力［５７］。然而，目前研究的局限在＋?，大??多数上述的器件虽然拥有不错的响应度和开关比，但是漏电流依然处于相对比较??高的值
性新的层面，也因此可以创造出新一代的原子级薄电子和光电子器件。例如，最??近关于单层ＷＳｅ２和ＭｏＳ２异质结的研究在空间上显示出相当独特直接吸收但空??间上显示出相当独特直接吸收但空间间接发射（图１．６）?［４６】。经发现这种空间上??的间接光致发光强度变化过渡相当强烈，表明有强大的层间耦合的电荷载体。这??种相当独特的层间耦合提供了能带工程中的新自由度被探索的可能性。也用于设??计具有定制复合层和可调光电子的新半导体异质结构。??？？?（２）?〇??Ｅｃ＾－２．—??（３）?（１）??⑴??〇〇??Ｅｖ?－〇７７２）??／！＋??ＳＬＭｏＳ２?ＳＬＷＳｅ２??图１．６ＷＳｅ２／Ｍ〇Ｓ２异质结在光激发下载流子的能带跃迀示意图［４６］??Ｆｉｇｕｒｅ?１．６?Ａ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｂａｎｄ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＷＳｅ２／ＭｏＳ２?ｈｅｔｅｒｏ－ｂｉｌａｙｅｒ?ｕｎｄｅｒ??ｐｈｏｔｏｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ．??ＴＭＤ－ＴＭＤ异质结构的构建使得多种多样功能器件的制备得以实现，如ｐ－ｎ??二极管，它是许多光电设备，包括光电二极管，太阳能电池和发光二极管的最基??本的组成元件。传统的ｐ－ｎ二极管通常是通过选择性地掺杂半导胃体材料来获得Ｐ－??ｎ二极管，材料分为ｐ型和ｎ型区域。但是，由于选择性掺杂２Ｄ半导体并控制??它们的范围是十分困难的，所以在２Ｄ－ＴＭＤ中制备ｐ－ｎ二极管是一件有挑战的??事。为此，静电掺杂被用来制备平面Ｐ－ｎ二极管，但通常因受边缘电场和通常相??对较低的光电子效率（例如，光子到电子转换外部量子效率（ＥＱＥ）?￣?０．１－１％）??的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯:打开二维材料之门——评2010年诺贝尔物理学奖[J]. 范桂锋,朱宏伟. 现代物理知识. 2010(06)
本文编号：3425751
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