基于二維納米材料的高效光電探測器的研究.pdf

1、近年來，基于石墨烯，過渡族金屬硫化物等二維層狀材料在光電器件應(yīng)用中的研宄備受關(guān)注，新型二維材料表現(xiàn)出的諸多優(yōu)異的光電特性使它們在下一代微納電子領(lǐng)域的有著極大的應(yīng)用潛力。本文主要研宄提高基于石墨烯和硫化鉬的光電探測器件的性能的途徑，通過在原有器件中加入另一種合適的納米材料，銻化鉍納米片和石墨烯量子點(diǎn)，制備新型高效的異質(zhì)結(jié)構(gòu)器件：石墨烯一銻化鉍異質(zhì)結(jié)器件，硫化鉬一石墨烯量子點(diǎn)其異質(zhì)結(jié)器件。
　　1.寬波段高效石墨烯一銻化鉍異質(zhì)結(jié)光電探

2、測器
　　以往研宄所報(bào)道的純石墨烯光電探測器有著不可忽略的缺陷，由于石墨烯自身零帶隙的特點(diǎn)，使得器件光電轉(zhuǎn)換效率很低（光響應(yīng)率一般在10-3-10-2AW-1的水平）。而我們的研宄找到了一種新途徑，將石墨烯與另外一種小帶隙的納米材料(銻化鉍）結(jié)合，利用石墨烯與銻化鉍形成的范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)中高效的光生載流子產(chǎn)生，分離和傳輸機(jī)制，提高器件的光電響應(yīng)性能。我們制備出的石墨烯一銻化鉍異質(zhì)結(jié)器件的光電響應(yīng)率相比與純石墨烯器件提升了近1000

3、倍(最高響應(yīng)率為35 AW-1)。不僅如此，我們的異質(zhì)結(jié)器件還保留石墨烯器件原有的超快探測(響應(yīng)速度快）和寬波段探測的優(yōu)勢（響應(yīng)光譜范圍從紫外到通訊波段）。
　　2.基于化學(xué)氣相沉積法生長的大面積硫化鉬薄膜的光電探測器
　　我們利用化學(xué)氣相沉積法制備出的大面積硫化鉬（多層）薄膜成功實(shí)現(xiàn)了高效光電探測，我們制備出的硫化鉬光電晶體管器件響應(yīng)率高達(dá)800 AW-1與現(xiàn)有報(bào)道的基于機(jī)械剝離法制備的單層硫化鉬薄膜器件的最高水平相當(dāng)，證

4、明我們已經(jīng)可以制備出大面積集成的高效微納光探測器。但是由于生長過程中引入的缺陷態(tài)，電子束縛態(tài)和雜質(zhì)等，導(dǎo)致載流子壽命過長，從而使硫化鉬探測器響應(yīng)時(shí)間過長，無法實(shí)現(xiàn)快速光探測。
　　3.石墨烯量子點(diǎn)增強(qiáng)型的高響應(yīng)率硫化鉬光電探測器
　　為了解決硫化鉬器件響應(yīng)速度過慢的問題，并進(jìn)一步提升其光電響應(yīng)性能。我們引入了一種新型納米材料一石墨烯量子點(diǎn)，這種材料有著超強(qiáng)的光吸收和光致發(fā)光性能，并且載流子壽命較短，可實(shí)現(xiàn)高效的光電轉(zhuǎn)換。利用