Ag纳米颗粒增强Bi 2 Te 3 /Si异质结的光电效应研究
发布时间：2022-02-10 11:52
光电效应,是指在光照射下时材料电学性质发生变化的现象,根据不同的光照及工作方式又可分为纵向光电效应和侧向光伏效应,它们分别在光电探测器和光位置灵敏探测器中具有广泛应用和研究。Bi2Te3作为一种宽频带光电探测的理想材料,具有带隙较窄,光吸收系数强等特点,一直是科学家们在光电器件研究的热门材料之一,但是局限在传统的光电探测器中,对其侧向光伏效应及光位置灵敏探测器方面的研究和报道极少。本文以Bi2Te3/Si异质结为研究对象,系统研究了其纵向光电效应和侧向光伏效应,并且通过引入Ag纳米颗粒增强表面等离子体共振来提高其光电探测性能及侧向光伏响应特性,为该异质结在多功能光电器件的应用和研究打下坚实的基础。首先,通过磁控溅射镀膜系统在n型Si衬底上制备Bi2Te3薄膜,通过改变溅射时间,得到Bi2Te3薄膜厚度分别为10.5 nm、14 nm、28 nm、42 nm、56 nm的5个样品,对样品进行了SEM、XRD、Ram...
【文章来源】：河北大学河北省
【文章页数】：53 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Gep-n结的侧向光伏效应[2]
第一章绪论3行了系统的研究[30-38]，通过外场调控和精细结构加工对金属层和氧化层的厚度进行改变，研究了不同层厚度对侧向光伏效应的调控作用，同时发展了的侧向光伏的理论解释。2010年，Yu等人报道了在Ti/SiO2/Si金属-氧化物-半导体(MOS)结构中发现的一种基于侧向光伏效应原理的双极性电阻效应[39]。用激光照射异质结，电阻呈现出明显的极性特征。金属层表面的横向电阻与光照位置间也呈现出与侧向光电压相类似的良好的线性关系。2016年，Zhang等人通过在ZnO/Si异质结界面镀了一层半连续性Ag纳米薄膜，他们认为当激光照射到异质结时，在光照位置处Ag纳米颗粒与光子相互作用产生局域表面等离子体共振耦合，极大地提高了对光的吸收，从而极大的增强了侧向光伏效应[40]。2017年，Qiao等人研究了ITO/MoS2/Si异质结的侧向光伏效应[41]。揭示了基于MoS2的光电器件中存在着MoS2导电类型转换的这一特点。通过测试一系列厚度不同的ITO/MoS2/Si异质结的侧向光伏效应，发现位置灵敏度随着薄膜厚度的增加呈现出先增大后减小而后又增加的趋势。为探究这种与之前变化情况异常的原理，对不同薄膜厚度的异质结测试纵向I-V曲线，如图1-3所示。由于ITO/MoS2界面内建电场的反转，导致MoS2的导电类型由n型转变到p型。并且极大的拓宽了ITO/MoS2/Si异质结的侧向光伏效应的响应范围，为高性能MoS2基光电器件的开发铺平了道路。图1-3不同MoS2薄膜厚度的ITO/MoS2/Si异质结的(a)纵向I-V曲线;(b)侧向光电压曲线[43]2019年，Zhang等人研究了Sb2Se3异质结的侧向光伏效应，进一步探讨了反型层对侧向光伏效应的影响[42]。研究发现，沿Sb2Se3/p-Si结界面的载流子输运电阻低于Sb2Se3
河北大学理学硕士学位论文6图1-4Bi2Te3晶体结构示意图[52]Bi2Te3作为一种典型的层状半导体材料，最初在二十世纪六十年代凭借其优良的温差电效应得到了科研人员的广泛关注。在2009年，碲化铋（Bi2Te3）、硒化铋（Bi2Se3）和碲化锑（Sb2Te3）在理论上首次预言为三维强拓扑绝缘体材料[54]，同年被普林斯顿大学以及斯坦福大学在实验中所证实[52,55-56]，之后碲化铋材料又再次成为了研究的热点方向[57]。由于Bi2Te3带隙窄的特点，使得其在室温下有相对较高的载流子浓度和电导率[51]，光吸收系数强、探测范围宽等，因此，被认为是一种可实现从红外甚至到太赫兹的宽频带光电探测的理想材料。2015年，Yao等人报道了一种基于Bi2Te3/Si异质结的垂直构造的超宽带光电探测器，在偏置条件下，可见响应率达到约1A/W，响应时间优于100ms，作为一种自供电的光电探测器，它表现出极高的光敏性和良好的检测能力[58]。2017年，Wang等人在p型Si上制备表面光滑的大纳米板的Bi2Te3薄膜，在黑暗和光照条件下均表现出良好的p-n二极管特性，在紫外(UV)到近红外(NIR)波长的宽带范围内表现出良好的光伏效应，并且Bi2Te3/Si器件的光响应可以在毫秒级范围内有效地切换开关模式[59]。2019年，利用微纳技术制备了基于Bi2Te3材料构成的金属-拓扑绝缘体-金属（MTM）结构的太赫兹光电探测器，该项工作实现了太赫兹探测器件的可室温工作、高响应率以及高灵敏度[60]。可以看出，由于Bi2Te3优异的光电特性，对于该方面的研究正在逐渐引起研究者的关注，而且当Bi2Te3薄膜与Si结合形成Bi2Te3/Si异质结时，Si的费米能级高于Bi2Te3
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于金属-半导体-金属结构的Bi2Te3室温高响应率太赫兹探测器[J]. 徐新月,张晓东,吴敬,江林,吴彩阳,姚娘娟,曲越,周炜,尹一鸣,黄志明. 红外与毫米波学报. 2019(04)
[2]Nanostructured thermoelectric materials:Current research and future challenge[J]. Zhigang Chen,Guang Han,Lei Yang,Lina Cheng,Jin Zou. Progress in Natural Science:Materials International. 2012(06)
博士论文
[1]BiTe3低维结构的热壁外延生长及其激光热效应[D]. 郭建华.中国科学院研究生院（上海技术物理研究所） 2014
本文编号：3618845
【文章来源】：河北大学河北省
【文章页数】：53 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Gep-n结的侧向光伏效应[2]
第一章绪论3行了系统的研究[30-38]，通过外场调控和精细结构加工对金属层和氧化层的厚度进行改变，研究了不同层厚度对侧向光伏效应的调控作用，同时发展了的侧向光伏的理论解释。2010年，Yu等人报道了在Ti/SiO2/Si金属-氧化物-半导体(MOS)结构中发现的一种基于侧向光伏效应原理的双极性电阻效应[39]。用激光照射异质结，电阻呈现出明显的极性特征。金属层表面的横向电阻与光照位置间也呈现出与侧向光电压相类似的良好的线性关系。2016年，Zhang等人通过在ZnO/Si异质结界面镀了一层半连续性Ag纳米薄膜，他们认为当激光照射到异质结时，在光照位置处Ag纳米颗粒与光子相互作用产生局域表面等离子体共振耦合，极大地提高了对光的吸收，从而极大的增强了侧向光伏效应[40]。2017年，Qiao等人研究了ITO/MoS2/Si异质结的侧向光伏效应[41]。揭示了基于MoS2的光电器件中存在着MoS2导电类型转换的这一特点。通过测试一系列厚度不同的ITO/MoS2/Si异质结的侧向光伏效应，发现位置灵敏度随着薄膜厚度的增加呈现出先增大后减小而后又增加的趋势。为探究这种与之前变化情况异常的原理，对不同薄膜厚度的异质结测试纵向I-V曲线，如图1-3所示。由于ITO/MoS2界面内建电场的反转，导致MoS2的导电类型由n型转变到p型。并且极大的拓宽了ITO/MoS2/Si异质结的侧向光伏效应的响应范围，为高性能MoS2基光电器件的开发铺平了道路。图1-3不同MoS2薄膜厚度的ITO/MoS2/Si异质结的(a)纵向I-V曲线;(b)侧向光电压曲线[43]2019年，Zhang等人研究了Sb2Se3异质结的侧向光伏效应，进一步探讨了反型层对侧向光伏效应的影响[42]。研究发现，沿Sb2Se3/p-Si结界面的载流子输运电阻低于Sb2Se3
河北大学理学硕士学位论文6图1-4Bi2Te3晶体结构示意图[52]Bi2Te3作为一种典型的层状半导体材料，最初在二十世纪六十年代凭借其优良的温差电效应得到了科研人员的广泛关注。在2009年，碲化铋（Bi2Te3）、硒化铋（Bi2Se3）和碲化锑（Sb2Te3）在理论上首次预言为三维强拓扑绝缘体材料[54]，同年被普林斯顿大学以及斯坦福大学在实验中所证实[52,55-56]，之后碲化铋材料又再次成为了研究的热点方向[57]。由于Bi2Te3带隙窄的特点，使得其在室温下有相对较高的载流子浓度和电导率[51]，光吸收系数强、探测范围宽等，因此，被认为是一种可实现从红外甚至到太赫兹的宽频带光电探测的理想材料。2015年，Yao等人报道了一种基于Bi2Te3/Si异质结的垂直构造的超宽带光电探测器，在偏置条件下，可见响应率达到约1A/W，响应时间优于100ms，作为一种自供电的光电探测器，它表现出极高的光敏性和良好的检测能力[58]。2017年，Wang等人在p型Si上制备表面光滑的大纳米板的Bi2Te3薄膜，在黑暗和光照条件下均表现出良好的p-n二极管特性，在紫外(UV)到近红外(NIR)波长的宽带范围内表现出良好的光伏效应，并且Bi2Te3/Si器件的光响应可以在毫秒级范围内有效地切换开关模式[59]。2019年，利用微纳技术制备了基于Bi2Te3材料构成的金属-拓扑绝缘体-金属（MTM）结构的太赫兹光电探测器，该项工作实现了太赫兹探测器件的可室温工作、高响应率以及高灵敏度[60]。可以看出，由于Bi2Te3优异的光电特性，对于该方面的研究正在逐渐引起研究者的关注，而且当Bi2Te3薄膜与Si结合形成Bi2Te3/Si异质结时，Si的费米能级高于Bi2Te3
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于金属-半导体-金属结构的Bi2Te3室温高响应率太赫兹探测器[J]. 徐新月,张晓东,吴敬,江林,吴彩阳,姚娘娟,曲越,周炜,尹一鸣,黄志明. 红外与毫米波学报. 2019(04)
[2]Nanostructured thermoelectric materials:Current research and future challenge[J]. Zhigang Chen,Guang Han,Lei Yang,Lina Cheng,Jin Zou. Progress in Natural Science:Materials International. 2012(06)
博士论文
[1]BiTe3低维结构的热壁外延生长及其激光热效应[D]. 郭建华.中国科学院研究生院（上海技术物理研究所） 2014
本文编号：3618845
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/benkebiyelunwen/3618845.html
