基于量子点/低维纳米碳材料的光调制薄膜晶体管器件的研究
发布时间：2021-10-23 08:29
光电探测已经被广泛应用于遥感、制导、红外热成像、光谱测量和工业自动控制等领域,对推动经济发展和维护国家安全具有重要的战略意义。目前商用化的光电探测器大都采用分子束外延或者金属有机化合物气相沉积等方法生长光电转换靶面,同时还需要采用大量的半导体微加工工艺制备读出电路。随着信息技术的发展,人们对增大光电探测器的探测阵列尺寸以及基于柔性衬底的探测器提出了迫切需求。但是常规的光电探测器较高的制备温度和昂贵的制备工艺严重制约了探测阵列的有效扩展以及在塑料或者聚合物等柔性衬底上制备光电探测单元。由于很多纳米光电转换材料具有效率高、响应速度快等特点,因此基于纳米材料和纳米结构的光电探测器件已经成为目前国内外的研究热点。另外与传统的光电二极管结构相比较,光调制晶体管具有电流自放大功能,可以获得更好地光电响应特性。针对常规光电探测器件制备温度高和半导体微加工工艺复杂的关键问题,本论文探索采用溶液法合成半导体量子点以及低维纳米碳材料并在室温环境下制备的光电探测单元;将光电探测单元与高性能薄膜晶体管（ThinfilmTransistor,TFT）有机结合,并作为光电探测器的基本探测单元,同时将TFT构成光电...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：146 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?（ａ）采用新型纳米材料的光电导器件结构示意图
（ｃ）该肖特基光电二极管器件在不同入射光功率条件下的ＩＶ特性曲线。（ｄ）探测器件脉??冲开关特性示意图［１８］。??如图１．２所示，即为合肥工业大学利用新型石墨烯材料与锗材料构成的肖特基二极??管器件。该肖特基二极管器件在光照条件下，肖特基势垒会迅速消失，因此在反向偏压??条件下器件的光电响应度与光电导器件相比显著提高。此外该光电二极管的探测范围较??宽能够达到１．５?ｐｍ通讯波段，同时探测速度较高。因此，光电二极管的单向导电性与??在反向偏压下的工作特性使该器件在光电探测领域有着广泛的应用并得到科学界大量??的研究。光电二极管器件的优势包括良好的线性度，高速的光电流响应，宽波段探测以??及低成本与长寿命。但是由于光电二极管器件具有一些致命的缺陷，例如激子快速湮灭，??光电响应度低，以及没有光电流放大功能，很快科学界在此基础上开发出了光调制晶体??管用以克服这些缺陷。??４??
?１．２．?３光调制晶体管器件??如图１．３所示，光调制晶体管与常规的场效应晶体管器件结构也基本相似。受益于??栅电极偏压的场效应调制放大作用，即使器件感光区的半导体材料光吸收率不高，光调??制晶体管器件也能够高效的将光信号转换为源漏极偏压间的电流信号的变化。因此三极??结构的光调制晶体管器件的光灵敏度要明显高于前述的光电二极管。因为ＴＦＴ器件是??一种依靠制备的薄膜材料为沟道的场效应晶体管器件，以此为基础结构的光电探测器件??本文称之为光调制ＴＦＴ器件。关于该光调制ＴＦＴ技术介绍与综述将在１．４章节详细介??绍。??Ｖｇｓ??ｈｖ?ｉ??Ｇａｔｅ??丄—?｜?Ｖ〇ｓ??Ｓｏｕｒｃｅ?—￣￣１?＞—Ｄｒａｉｎ??图１．３具备源、漏、栅电极，以及感光探测区域的光调制晶体管器件的基本结构示意图。??１．３低维纳米材料性质、制备以及在光电探测器件中的应用??随着科学技术井喷式的发展，物理学的研宄领域早已突破了传统宏观的三维世界观??与科学观。二维、一维和零维等低维世界独特的物理化学特性所带来一系列优异的电学、??光学性能［２１，２２］，为光电子器件的发展增添了新的发展动力。??１．?３．?１零维量子点材料性质??当今科学界，纳米材料的维度作为其典型的特征参数被广泛的应用于纳米材料及其??结构的分类。而零维纳米材料，顾名思义即其没有任何维度，通常而言，认为其没有任??何一个维度的测量值大于１００纳米。通常我们用量子点（Ｑｕａｎｔｕｍ?ｄｏｔｓ）或者纳米晶体??（Ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ）等词语为这样的材料命名［２３］。??作为在三个维度都处于微观态的零维量子点材料
本文编号：3452849
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：146 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?（ａ）采用新型纳米材料的光电导器件结构示意图
（ｃ）该肖特基光电二极管器件在不同入射光功率条件下的ＩＶ特性曲线。（ｄ）探测器件脉??冲开关特性示意图［１８］。??如图１．２所示，即为合肥工业大学利用新型石墨烯材料与锗材料构成的肖特基二极??管器件。该肖特基二极管器件在光照条件下，肖特基势垒会迅速消失，因此在反向偏压??条件下器件的光电响应度与光电导器件相比显著提高。此外该光电二极管的探测范围较??宽能够达到１．５?ｐｍ通讯波段，同时探测速度较高。因此，光电二极管的单向导电性与??在反向偏压下的工作特性使该器件在光电探测领域有着广泛的应用并得到科学界大量??的研究。光电二极管器件的优势包括良好的线性度，高速的光电流响应，宽波段探测以??及低成本与长寿命。但是由于光电二极管器件具有一些致命的缺陷，例如激子快速湮灭，??光电响应度低，以及没有光电流放大功能，很快科学界在此基础上开发出了光调制晶体??管用以克服这些缺陷。??４??
?１．２．?３光调制晶体管器件??如图１．３所示，光调制晶体管与常规的场效应晶体管器件结构也基本相似。受益于??栅电极偏压的场效应调制放大作用，即使器件感光区的半导体材料光吸收率不高，光调??制晶体管器件也能够高效的将光信号转换为源漏极偏压间的电流信号的变化。因此三极??结构的光调制晶体管器件的光灵敏度要明显高于前述的光电二极管。因为ＴＦＴ器件是??一种依靠制备的薄膜材料为沟道的场效应晶体管器件，以此为基础结构的光电探测器件??本文称之为光调制ＴＦＴ器件。关于该光调制ＴＦＴ技术介绍与综述将在１．４章节详细介??绍。??Ｖｇｓ??ｈｖ?ｉ??Ｇａｔｅ??丄—?｜?Ｖ〇ｓ??Ｓｏｕｒｃｅ?—￣￣１?＞—Ｄｒａｉｎ??图１．３具备源、漏、栅电极，以及感光探测区域的光调制晶体管器件的基本结构示意图。??１．３低维纳米材料性质、制备以及在光电探测器件中的应用??随着科学技术井喷式的发展，物理学的研宄领域早已突破了传统宏观的三维世界观??与科学观。二维、一维和零维等低维世界独特的物理化学特性所带来一系列优异的电学、??光学性能［２１，２２］，为光电子器件的发展增添了新的发展动力。??１．?３．?１零维量子点材料性质??当今科学界，纳米材料的维度作为其典型的特征参数被广泛的应用于纳米材料及其??结构的分类。而零维纳米材料，顾名思义即其没有任何维度，通常而言，认为其没有任??何一个维度的测量值大于１００纳米。通常我们用量子点（Ｑｕａｎｔｕｍ?ｄｏｔｓ）或者纳米晶体??（Ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ）等词语为这样的材料命名［２３］。??作为在三个维度都处于微观态的零维量子点材料
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