二维二硫化钨范德华异质结型宽波段光电探测器的设计与性能研究

发布时间：2024-03-08 21:46

　　高性能宽波段光电探测器由于其在光电子领域中重要的应用价值而引起了广泛的科学研究。近年来,二维材料由于其独特的光电特性被广泛应用于光电探测领域。在众多的二维材料体系中,过渡金属硫族化合物(TMDs)凭借宽可调带隙范围、高载流子迁移率、优异的空气稳定性和机械柔韧性使其成为光电子器件领域极具竞争力的二维材料。二硫化钨(WS₂)作为典型的TMDs成员,是构建高性能光电探测器的理想材料之一。尽管在基于二维材料的光电探测器方面已经取得了很大成就,但目前二维材料存在较弱的光吸收、较小的样品尺寸以及较大的激子效应等缺点,限制了其在高性能光电探测中的进一步应用。本论文通过热分解法合成大面积的二维WS₂薄膜,并设计构建二维/三维(2D/3D)混合维度范德华异质结器件,从而实现高性能的光电探测。主要研究内容如下:一、通过热分解法合成了大面积的二维WS₂薄膜材料,并通过高分辨透射电镜(HRTEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、原子力显微镜(AFM)、拉曼光谱仪(Raman)等表征方法对所合成二维WS₂

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.1.1二维材料的原子晶体结构，包括石墨烯，TMD，h-BN和Xenes[35]

1.绪论2烯被认为是最有可能实现宽波段光探测的二维材料[15,16]。虽然石墨烯吸收系数高，但因其厚度比较薄，对光的吸收比较依赖强光，因此对于需要弱光探测的高性能光电探测器来说还存在短板[17,18]。且因为材料零带隙的限制，导致了光生载流子的寿命极短，很难产生光电流[19,20....

图1.2.1MoS2晶体结构示意图[37]

脑?佣鸦??列，其中每一层具有ABC的原子堆叠序列。变形的1T（表示为1T"）结构也具有八面体配位，类似于1T结构，但是它在每一层中都包含上层结构。值得注意的是，ReS2和ReSe2具有自然的Z字形1T"结构[38,39]。3R（菱形对称）结构的每个晶胞中包含三个S-Mo-S"单....

图1.2.2（a）WS2的原子结构；（b）WS2晶体结构的侧视图和（c）俯视图[40]

1.绪论4层的WS2来看，层中间的W原子都通过共价键和S原子相结合，表面没有悬挂键，在每层的边缘部分，由于W原子只能和四个S原子结合，而每个S原子只能结合两个W原子，因此悬挂键都存在于边缘部分。基于这样的特点，在与其他材料结合时，由于表面无悬挂键，易于构建范德华异质结结构。图1.....

图1.2.3WS2的能带结构图[41]

1.绪论5如InGaAs，HgCdTe等材料，二维WS2薄膜材料是一种对环境友好的光电材料。而WS2纳米薄膜材料的带隙随层数可调控的特性，也使得基于二维WS2材料所构建的光电子器件，具有宽波段的光探测能力。图1.2.3WS2的能带结构图[41]1.3基于二维WS2薄膜的光电探测器....

本文编号：3922430