锗锡薄膜的分子束外延生长与光电探测器性能研究
发布时间：2023-12-09 16:49
在过去几十年内,SiGe异质结的外延质量得到了长足的发展。然而,由于Si、Ge皆为间接带隙半导体,电子从价带跃迁是不能直接进入导带而需要额外的复合过程,这就降低了其光电器件的性能,限制了它们在光电器件中的应用。这时,一种新型的合金材料GeSn合金进入了大家的视野。硅基GeSn红外探测器由于其禁带宽度随Sn含量可变化,而且GeSn材料可以将载流子有效质量降低,从而能较大提升载流子迁移率,因而在高效光子器件、红外光电器件等方面有着比较大的适用范围。石墨烯是一种很有前景的超宽带光电探测器材料,其吸收光谱覆盖了整个紫外到远红外波段,由于石墨烯的无带隙结构使其载流子具有非常高的流动性。然而也正是由于其零带隙结构和弱的光吸收能力限制了其应用。因此,提高其光吸收能力就显得非常的重要了。如果能将石墨烯优点保留而克服掉其缺点,则能使其在光电领域发挥更强的作用。本文尝试制作了同用硅基的锗锡PIN型光电探测器和石墨烯/铋纳米柱异质结光电探测器,研究了表面形貌特征、光谱吸收特性和光电特性。对于GeSn薄膜的优化生长、PIN结的纵向结构设计和制作,本文做了详细的研究:研究了分子束外延温度条件对Sn组分的影响,通...
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 GeSn光电探测器概述和其他光电材料
1.2.1 GeSn光电探测器概述
1.2.2 硅基石墨烯光电材料概述
1.3 文章结构和主要工作点
1.3.1 文章结构
1.3.2 主要工作及创新
第二章 半导体光电探测器理论基础
2.1 硅基GeSn薄膜PIN光电探测器的理论基础
2.1.1 GeSn合金材料的基本性质
2.1.2 PIN结光电探测器原理
2.1.3 石墨烯的物理性质和能带打开原理
2.1.4 Bi量子点阵
2.2 常见薄膜生长方式和加工工艺
2.2.1 分子束外延生长原理
2.2.2 磁控溅射镀原理
2.2.3 高温退火原理和高温热扩散原理
2.2.4 半导体光刻技术
2.3 实验表征方法
2.3.1 X射线衍射(X-raydiffraction)
2.3.2 原子力显微镜(AtomicForceMicroscope)
2.3.3 拉曼光谱(RamanSpectra)
2.3.4 扫描电子显微镜(scanningelectronmicroscope)
2.3.5 X射线光电子能谱(X-rayphotoelectronspectroscopy)
2.3.6 红外光谱(InfraredSpectroscope)
2.3.7 I-V曲线测试及On-off开关光电流测试
2.4 本章小结
第三章 锗锡薄膜外延生长及其性质研究
3.1 GeSn薄膜的生长工艺
3.2 GeSn薄膜的微观结构及应力研究
3.2.1 GeSn薄膜的AFM形貌表征
3.2.2 GeSn薄膜的SEM形貌表征
3.2.3 GeSn薄膜的XRD图谱分析
3.2.4 GeSn薄膜的拉曼图谱分析
3.3 GeSn薄膜的光学性能分析
3.4 本章小结
第四章 硅基集成光电探测器设计及性能研究
4.1 硅基锗锡PIN型光电探测器设计与制备
4.1.1 器件结构设计
4.1.2 硅基片的清洗过程
4.1.3 光刻工艺流程
4.2 硅基锗锡PIN型光电探测器性能研究
4.2.1 硅基锗锡PIN型光电探测器电学特性
4.2.2 硅基锗锡PIN型光电探测器光电特性
4.3 硅基石墨烯/铋纳米柱光电探测器设计与制备
4.3.1 器件设计
4.3.2 Bi纳米柱的制备
4.3.3 石墨烯的转移和电极的制作
4.4 硅基石墨烯和铋纳米柱光电探测器性能研究
4.4.1 铋纳米柱的表面微观形貌
4.4.2 石墨烯和铋纳米柱异质结的应力研究
4.4.3 石墨烯和铋纳米柱异质结的光学性能
4.4.4 石墨烯和铋纳米柱异质结的电学性能
4.4.5 石墨烯/铋纳米柱异质结光电探测器的光电特性
4.5 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 全文总结
5.2 不足和后续展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间的研究成果
本文编号：3871841
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 GeSn光电探测器概述和其他光电材料
1.2.1 GeSn光电探测器概述
1.2.2 硅基石墨烯光电材料概述
1.3 文章结构和主要工作点
1.3.1 文章结构
1.3.2 主要工作及创新
第二章 半导体光电探测器理论基础
2.1 硅基GeSn薄膜PIN光电探测器的理论基础
2.1.1 GeSn合金材料的基本性质
2.1.2 PIN结光电探测器原理
2.1.3 石墨烯的物理性质和能带打开原理
2.1.4 Bi量子点阵
2.2 常见薄膜生长方式和加工工艺
2.2.1 分子束外延生长原理
2.2.2 磁控溅射镀原理
2.2.3 高温退火原理和高温热扩散原理
2.2.4 半导体光刻技术
2.3 实验表征方法
2.3.1 X射线衍射(X-raydiffraction)
2.3.2 原子力显微镜(AtomicForceMicroscope)
2.3.3 拉曼光谱(RamanSpectra)
2.3.4 扫描电子显微镜(scanningelectronmicroscope)
2.3.5 X射线光电子能谱(X-rayphotoelectronspectroscopy)
2.3.6 红外光谱(InfraredSpectroscope)
2.3.7 I-V曲线测试及On-off开关光电流测试
2.4 本章小结
第三章 锗锡薄膜外延生长及其性质研究
3.1 GeSn薄膜的生长工艺
3.2 GeSn薄膜的微观结构及应力研究
3.2.1 GeSn薄膜的AFM形貌表征
3.2.2 GeSn薄膜的SEM形貌表征
3.2.3 GeSn薄膜的XRD图谱分析
3.2.4 GeSn薄膜的拉曼图谱分析
3.3 GeSn薄膜的光学性能分析
3.4 本章小结
第四章 硅基集成光电探测器设计及性能研究
4.1 硅基锗锡PIN型光电探测器设计与制备
4.1.1 器件结构设计
4.1.2 硅基片的清洗过程
4.1.3 光刻工艺流程
4.2 硅基锗锡PIN型光电探测器性能研究
4.2.1 硅基锗锡PIN型光电探测器电学特性
4.2.2 硅基锗锡PIN型光电探测器光电特性
4.3 硅基石墨烯/铋纳米柱光电探测器设计与制备
4.3.1 器件设计
4.3.2 Bi纳米柱的制备
4.3.3 石墨烯的转移和电极的制作
4.4 硅基石墨烯和铋纳米柱光电探测器性能研究
4.4.1 铋纳米柱的表面微观形貌
4.4.2 石墨烯和铋纳米柱异质结的应力研究
4.4.3 石墨烯和铋纳米柱异质结的光学性能
4.4.4 石墨烯和铋纳米柱异质结的电学性能
4.4.5 石墨烯/铋纳米柱异质结光电探测器的光电特性
4.5 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 全文总结
5.2 不足和后续展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间的研究成果
本文编号：3871841
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3871841.html
