硅基過渡金屬硫化物光電探測器的研究.pdf

1、光電探測器被廣泛的應(yīng)用在我們的日常生產(chǎn)生活中。目前在可見光波段，光電探測器所用的最主要的材料還是硅，但為了實(shí)現(xiàn)特定功能，如拓展、改變探測范圍，需要硅與其他材料結(jié)合。但值得注意的是，三維材料之間因?yàn)榇嬖诰Ц袷涞膯栴}，很難大面積集成。近年來，二維材料持續(xù)吸引著人們的目光，特別是石墨烯和過渡金屬硫化物（TMDCs）。二維材料有著一些共同的特性：分子在層內(nèi)由共價(jià)鍵連接，層間由范德華力結(jié)合。另外，二維材料沒有表面懸掛鍵的特性，使得分離此種材料變

2、得簡單，同時(shí)很容易與其他材料進(jìn)行復(fù)合制作異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。特別值得注意的是TMDCs擁有較為理想的禁帶寬度（1.06-2.88 eV），這就使其可以作為光的吸收層用到可見光探測領(lǐng)域，特別是用于高響應(yīng)度、低功耗、柔性器件中。眾所周知，光電二極管是光電探測器的基本結(jié)構(gòu)之一，利用TMDCs材料制作二極管結(jié)構(gòu)的研究可以分成兩種：TMDCs-TMDCs（2D-2D）、TMDCs-傳統(tǒng)材料（2D-3D）。這里我們重點(diǎn)研究石墨烯/硅、過渡金屬硫化物/硅兩種

3、異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的制作及性能。
　　首先本文利用二維材料生長和濕法刻蝕的方式制作了Si/Graphene肖特基結(jié)，并研究了此肖特基結(jié)的光電特性，以及在不同溫度下的二極管性能，發(fā)現(xiàn)其光響應(yīng)度達(dá)0.5 A/W，響應(yīng)時(shí)間為164μs，具有較好的光電特性。在對其進(jìn)行溫度測試時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)器件在低溫下存在反向擊穿現(xiàn)象，通過后期實(shí)驗(yàn)的對比也對此作出了解釋。
　　其次文章通過改進(jìn)制作工藝，棄除濕法刻蝕的步驟，利用半導(dǎo)體工藝兼容的方式制作了n-Si

4、/WS2同型異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，并對其光電特性、溫度特性以及光電流產(chǎn)生位置問題做了系統(tǒng)的研究。器件同樣具有較好的光電特性：光響應(yīng)度達(dá)1.2 A/W，最短響應(yīng)時(shí)間為8μs。且由于改進(jìn)制作工藝的原因，器件在低溫環(huán)境中不再出現(xiàn)反向擊穿電流。在對光電流產(chǎn)生位置的研究中，通過光電流mapping的測量，我們發(fā)現(xiàn)如果外加電壓較大，在非異質(zhì)結(jié)區(qū)仍然會有較大的光電流產(chǎn)生，本文對此現(xiàn)象也做出了解釋。另外本文還研究了量子點(diǎn)修飾對器件光響應(yīng)的影響，發(fā)現(xiàn)通過旋涂碳量子