基于GeSe的微米晶材料制备与光电探测性能研究
发布时间：2021-06-05 22:19
光电探测器的发展已经有几十年的历史,是现代光电子系统非常重要的一部分,在光信号转化为电信号的过程当中,它用于接收外界光的信号,相当于人的眼睛。在光电探测器器件中,光电半导体材料的选择及优化直接决定了光电探测器性能的优劣。目前应用较多的有Ge基、Si基、HgCdTe基、InGaSe基等光电探测器器件。随着科技的进步和社会的发展,人们对光电探测器材料及其器件性能的要求也越来越高,其发展趋势是更加集成化,高效化,灵敏化和宽谱化,因此,低维（0D,1D,2D）光电材料的研制开发逐渐成为光电探测器领域发展的一个重要方向。氧化锌纳米带（ZnO nanowires）、石墨烯（graphene）,黑磷（black phosphorus）和过渡金属硫系化合物（TMDs）是最近十年一维或二维光电材料研究的热点。但它们都有着各自的不足和局限。如石墨烯的零带隙限制了其在光电探测领域的应用,黑磷在空气中的不稳定性也限制了其实际应用等等。GeSe作为一种IV-VI化合物半导体有着和黑磷相似的层状结构及各向异性的电子传输性能。高的光电响应度,快的光电响应时间,可调控的带隙,无毒性,环境友好,元素常见,在空气中稳定的...
【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】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光电子系统组成方框图
愎荒芰康墓庾饔迷诓牧?上时，价带的部分电子就有可能吸收能量越过带隙进入导带，形成载流子并产生电子-空穴对。这个过程就是本证吸收。电子在跃迁过程当中要满足能量和动量守恒，所以半导体又分为直接带隙半导体和间接带隙半导体。图1-2为直接带隙半导体和间接带隙半导体电子跃迁过程示意图[8]。直接带隙半导体电子在跃迁的过程当中导带底和价带顶的k值是一样的，不需要吸收或者释放声子（晶格震动），而间接半导体的导带底和价带顶的k值不处于同一空间，根据动量和能量守恒，电子在跃迁过程当中需要吸收或释放声子。图1.2直接带隙半导体和间接带隙半导体电子跃迁过程示意图[8]。Fig.1.2Schematicdiagramoftheelectronictransitionofdirectbandgapsemiconductorsandindirectbandgapsemiconductors.并不是所有半导体都是纯净的单质，大多数材料当中都会存在或多或少的杂质，这些杂质产生的杂质能级能束缚电子和空穴，并且可以产生跃迁。这些杂质主要包括电离杂质，中性杂质和能带间的电子。半导体材料电子跃迁过程中可以利用杂质能级与相邻主能带之间进行吸收和跃迁然后形成光电导效应。杂质吸收主要应用于中红外和远红外光电探测器。光电效应是指半导体在了在外界光照条件下，光子与材料内部的电子产生相互作用，使电子进入激发状态形成光电流的现象。基于光电效应可以做成各种光电半导体器件。光电流产生的机制大致分为3种：光电导效应、光生伏特效应、
浙江大学硕士学位论文4光-热电效应。光电导效应是光电效应中最基础也是应用最广泛的一种机制。光子与电子相互作用使得电子从基态转变为激发态，形成自由载流子，造成半导体的电导率瞬间升高。大多数光电探测器和场效应晶体光（FET）都是基于光电导效应制成应用器件。图1-3[9]为FET在黑暗条件和光照激发条件下的能带图。在黑暗条件下给FET施加一个偏压时，由于半导体本身电导率很低，所以产生的电流很校当有特定波长的光照射时，光子与电子作用使电子吸收光子能量越过带隙进入导带，形成电子-空穴对，该电子成为载流子然后在偏压的作用下最终形成电流。图1.3(a)黑暗状态下金属-半导体-金属在外置偏压下的能带图;(b)光子能量大于带隙时受到激发时的能带图;(c)黑暗状态下和光照激发状态下漏电流-栅压(Ids-Vg)曲线;(d)黑暗状态下和光照条件下漏电流-漏电压(Ids-Vds)曲线[9]。Fig.1.3(a)Banddiagramofmetal-semiconductor-metalunderexternalbiasinthedarkstate;(b)Banddiagramwhenthephotonenergyisgreaterthanthebandgapwhenexcited;(c)DrainsourceinthedarkstateandlightexcitationCurrent-gatevoltage(Ids-Vg)curve;(d)Drain-sourcecurrent-drain-sourcevoltage(Ids-Vds)curveunderdarkconditionsandlightconditions.光生伏特效应一般存在以PN结器件当中，基于光生伏特效应的光电探测器器件又称为光电二极管。与光电导效应不同的是光生伏特效应机制当中引起电子-空穴分离的是内建电场，而不是光子激发。在黑暗状态下光电探测器展现出整流
【参考文献】：
期刊论文
[1]光电产业的发展离不强大的上游材料——访中国电子信息产业发展研究院电子信息研究所研究室主任冯晓辉[J]. 孙晓霞. 新材料产业. 2019(05)
[2]二维半导体光电探测器:发展、机遇和挑战[J]. 李亮,皮乐晶,李会巧,翟天佑. 科学通报. 2017(27)
[3]红外探测器的最新进展[J]. 陈长水,刘荣挺,刘颂豪. 大气与环境光学学报. 2013(01)
硕士论文
[1]ZnO纳米线光电探测器制备与表面态处理研究[D]. 张达宽.南京大学 2015
本文编号：3213025
【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】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光电子系统组成方框图
愎荒芰康墓庾饔迷诓牧?上时，价带的部分电子就有可能吸收能量越过带隙进入导带，形成载流子并产生电子-空穴对。这个过程就是本证吸收。电子在跃迁过程当中要满足能量和动量守恒，所以半导体又分为直接带隙半导体和间接带隙半导体。图1-2为直接带隙半导体和间接带隙半导体电子跃迁过程示意图[8]。直接带隙半导体电子在跃迁的过程当中导带底和价带顶的k值是一样的，不需要吸收或者释放声子（晶格震动），而间接半导体的导带底和价带顶的k值不处于同一空间，根据动量和能量守恒，电子在跃迁过程当中需要吸收或释放声子。图1.2直接带隙半导体和间接带隙半导体电子跃迁过程示意图[8]。Fig.1.2Schematicdiagramoftheelectronictransitionofdirectbandgapsemiconductorsandindirectbandgapsemiconductors.并不是所有半导体都是纯净的单质，大多数材料当中都会存在或多或少的杂质，这些杂质产生的杂质能级能束缚电子和空穴，并且可以产生跃迁。这些杂质主要包括电离杂质，中性杂质和能带间的电子。半导体材料电子跃迁过程中可以利用杂质能级与相邻主能带之间进行吸收和跃迁然后形成光电导效应。杂质吸收主要应用于中红外和远红外光电探测器。光电效应是指半导体在了在外界光照条件下，光子与材料内部的电子产生相互作用，使电子进入激发状态形成光电流的现象。基于光电效应可以做成各种光电半导体器件。光电流产生的机制大致分为3种：光电导效应、光生伏特效应、
浙江大学硕士学位论文4光-热电效应。光电导效应是光电效应中最基础也是应用最广泛的一种机制。光子与电子相互作用使得电子从基态转变为激发态，形成自由载流子，造成半导体的电导率瞬间升高。大多数光电探测器和场效应晶体光（FET）都是基于光电导效应制成应用器件。图1-3[9]为FET在黑暗条件和光照激发条件下的能带图。在黑暗条件下给FET施加一个偏压时，由于半导体本身电导率很低，所以产生的电流很校当有特定波长的光照射时，光子与电子作用使电子吸收光子能量越过带隙进入导带，形成电子-空穴对，该电子成为载流子然后在偏压的作用下最终形成电流。图1.3(a)黑暗状态下金属-半导体-金属在外置偏压下的能带图;(b)光子能量大于带隙时受到激发时的能带图;(c)黑暗状态下和光照激发状态下漏电流-栅压(Ids-Vg)曲线;(d)黑暗状态下和光照条件下漏电流-漏电压(Ids-Vds)曲线[9]。Fig.1.3(a)Banddiagramofmetal-semiconductor-metalunderexternalbiasinthedarkstate;(b)Banddiagramwhenthephotonenergyisgreaterthanthebandgapwhenexcited;(c)DrainsourceinthedarkstateandlightexcitationCurrent-gatevoltage(Ids-Vg)curve;(d)Drain-sourcecurrent-drain-sourcevoltage(Ids-Vds)curveunderdarkconditionsandlightconditions.光生伏特效应一般存在以PN结器件当中，基于光生伏特效应的光电探测器器件又称为光电二极管。与光电导效应不同的是光生伏特效应机制当中引起电子-空穴分离的是内建电场，而不是光子激发。在黑暗状态下光电探测器展现出整流
【参考文献】：
期刊论文
[1]光电产业的发展离不强大的上游材料——访中国电子信息产业发展研究院电子信息研究所研究室主任冯晓辉[J]. 孙晓霞. 新材料产业. 2019(05)
[2]二维半导体光电探测器:发展、机遇和挑战[J]. 李亮,皮乐晶,李会巧,翟天佑. 科学通报. 2017(27)
[3]红外探测器的最新进展[J]. 陈长水,刘荣挺,刘颂豪. 大气与环境光学学报. 2013(01)
硕士论文
[1]ZnO纳米线光电探测器制备与表面态处理研究[D]. 张达宽.南京大学 2015
本文编号：3213025
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