新型低维光电探测器机理研究

发布时间：2017-10-19 10:52

  本文关键词：新型低维光电探测器机理研究

  更多相关文章： InAs纳米线 Photogating效应 反常光响应 石墨烯 光热电效应 光伏效应 扫描光电流显微术 红外探测器 二维电子气 等离子体激元 太赫兹波 电子束曝光

【摘要】：近十几年来,随着纳米材料制备和微纳加工水平的不断提高,各种新颖的一维、二维材料被广泛地研究。低维材料特有的优异的光学和物理特性,为实现高增益、快速、宽光谱光电探测提供了可能。本论文主要研究了基于新型低维材料场效应晶体管光电探测器,其中包括:In As纳米线可见-近红外探测器、石墨烯近红外探测器、Ga N基HEMT器件超远红外太赫兹探测器。具体内容如下:1.利用chemical vapor deposition(CVD)的方法生长了一种“类芯壳层”(core/shell-like)结构的In As纳米线,在纳米线的近表面形成了一层“Photogating Layer”,即PGL。采用电子束曝光工艺制作In As纳米线场效应晶体管的背栅器件。当光照射在纳米线时,PGL俘获从纳米线芯部激发的光生电子。这些被俘获的电子形成一个很强的负的内建电场反过来调制纳米线芯部的电导,来耗尽纳米线芯部的自由电子,导致一个反常的负的光电流。探测器的可见光光导增益高达-105,响应速度为12 ms,近红外室温光增益为-1.1。2.利用机械剥离法和电子束曝光技术制作了石墨烯场效应晶体管的背栅器件。通过自行搭建的微区光电流扫描测试平台对石墨烯器件进行近红外二维光电流mapping,获得了由金半接触形成的内建电场贡献的光电流,以及非故意p+型掺杂引起的光热电效应贡献的光电流。此外,通过二维光电流mapping发现通过改变栅压可有效调节石墨烯的费米能级,改变光电流的大小。最后,采用自行研制的微区激光主动成像系统,实现了石墨烯器件对目标样品清晰的室温红外成像。3.设计了交替周期性光栅Al Ga N/Ga N场效应晶体管结构,采用时域有限差分法(FDTD)数值模拟计算了二维电子气等离子体激元共振太赫兹波吸收谱。该结构是对传统周期性金属光栅的狭缝进行高掺杂的半导体材料填充,形成填充栅。在正栅压下,填充栅可调制增强原本狭缝下方无法调制的二维电子气密度,该增强的二维电子气对金属栅下方的电子气起到一个高效的电振荡器作用,显著提高了激发等离子体激元高阶共振模式的强度,增强了太赫兹波的吸收。
【关键词】：InAs纳米线 Photogating效应 反常光响应 石墨烯 光热电效应 光伏效应 扫描光电流显微术 红外探测器 二维电子气 等离子体激元 太赫兹波 电子束曝光
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(上海技术物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN15
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 引言11-24
• 1.1 In As纳米线光电探测器11-15
• 1.1.1 纳米线光电探测器发展简介11-13
• 1.1.2 In As纳米线光电探测器13-15
• 1.2 石墨烯光电探测器15-19
• 1.2.1 光伏效应15-17
• 1.2.2 光热电效应17-18
• 1.2.3 辐射热效应18-19
• 1.2.4 photogating效应19
• 1.3 基于二维电子气等离子体波的太赫兹探测器19-24
• 第二章 基于多子导电机制的In As纳米线光电探测器24-41
• 2.1 引言24-27
• 2.2 In As纳米线材料的合成27-28
• 2.3 In As纳米线场效应晶体管（FET）的制作28-29
• 2.4 In As纳米线FET光电测试研究29-39
• 2.4.1 基于多子导电机制的反常光电现象及其基本物理模型29-31
• 2.4.2 背栅调制对反常光响应的影响研究31-35
• 2.4.3 表面态对反常光响应影响的研究35-36
• 2.4.4 不同光功率下的反常光响应研究36-38
• 2.4.5 纳米线不同位置处的反常光响应研究38-39
• 2.4.6 红外光响应测试研究39
• 2.5 本章小结39-41
• 第三章 石墨烯近红外光电性能研究41-54
• 3.1 引言41-44
• 3.2 石墨烯场效应晶体管（FET）的制作44-45
• 3.3 石墨烯FET光电测试45-52
• 3.3.1 微区光电流扫描测试平台45-49
• 3.3.2 石墨烯FET可见/近红外mapping测试49-52
• 3.4 石墨烯FET近红外成像52-53
• 3.5 本章小结53-54
• 第四章 Ga N基HEMT器件交替周期性栅结构太赫兹波探测器54-63
• 4.1 引言54-55
• 4.2 器件结构及计算模型55-57
• 4.3 THz波吸收谱模拟计算结果分析57-61
• 4.4 本章小结61-63
• 第五章 总结与展望63-66
• 5.1 论文总结63-64
• 5.2 后期展望64-66
• 参考文献66-80
• 作者简介及在学期间发表的学术论文与研究成果80-82

【参考文献】

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1 马明瑞;太赫兹等离子体波探测器的研究[D];中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所）;2006年

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本文编号：1060687