基于石墨烯-钙钛矿量子点场效应晶体管的光电探测器

以等离子增强化学气相沉积法制备的石墨烯作为导电沟道材料,将其与无机CsPbI_3钙钛矿量子点结合,设计并制备了石墨烯-钙钛矿量子点场效应晶体管光电探测器.研究和分析了石墨烯作为场效应晶体管的电学特性及其与钙钛矿量子点结合作为光电探测器的光电特性.结果表明,石墨烯在场效应晶体管中表现出良好的电学性质,其与钙钛矿量子点的结合对波长为400 nm的光辐射具有明显的光响应,在光强为12μW时器件光生电流最大为64μA,响应率达6.4 A·W~(-1),对应的光电导增益和探测率分别为3.7×10~4,6×10~7Jones(1 Jones=1 cm·Hz~(1/2)·W~(-1)).     

电极肖特基接触对有机光敏晶体管性能的影响

有机光敏晶体管是一种在有机场效应管结构中引入光控“栅极”的新型光探测器件,其光灵敏度、光响应度性能参数与源/漏电极和有源层的接触情况关系密切。本文通过真空蒸发法分别制备了采用金电极和铝电极的单层并五苯及酞菁铜有机光敏晶体管。研究了它们在黑暗和光照条件下的输出及转移特性。结果表明,高迁移率的并五苯有源层更适合搭配接触特性较好的金电极,该器件具有和铝电极器件相同高水平的光灵敏度~3×104,但其光响应度是铝电极器件的13倍;而低迁移率的酞菁铜薄膜较适合搭配能够和有源层形成肖特基接触的铝电极,有利于抑制暗电流、增强激子解离效率、提高光电流,进一步使器件在获得和金电极器件同数量级光响应度的同时,其光灵敏度是金电极器件的102倍。本文对光照下电极/有源层肖特基接触的能带变化做了理论分析,总结归纳了有机光敏晶体管电极材料和有源层材料的初步筛选规律。     

InAlAs浓度对In_(0.83)Al_(0.17)As/In_(0.83)Ga_(0.17)As红外探测器特性的影响北大核心CSCD

红外探测器的性能受内部结构各层掺杂浓度的影响,而倍增层掺杂浓度会明显改变器件的性能。为了降低暗电流,提高器件性能,采用三元化合物In_(0.83)Al_(0.17)As作为倍增层材料,借助仿真软件Silvaco详细研究了In_(0.83)Al_(0.17)As/In_(0.83)Ga_(0.17)As红外探测器的倍增层掺杂浓度对器件电场强度、电流特性和光响应度的影响规律。结果表明,随着倍增层掺杂浓度的增加,器件倍增层内的电场强度峰值增加,同时,器件的暗电流与光响应度减小。进一步研究发现,当倍增层掺杂浓度为2×10^(16) cm^(−3)时,器件获得最优性能,暗电流密度为0.62144 A/cm^(2),在波长为1.5μm时,光响应度和比探测率分别为0.9544 A/W和1.9475×10^(9) cmHz^(1/2)W^(−1)。     

基于半导体性单壁碳纳米管/富勒烯异质结的高性能透明全碳光电探测器

利用半导体性单壁碳纳米管(SWCNT)的高吸收系数、优异的光电特性和高载流子迁移率等特点,本文构筑了基于半导体SWCNT(sc-SWCNT)/富勒烯(C₆₀)异质结的透明全碳宽光谱的场效应晶体管光电探测器。该器件的大部分结构均由碳基材料组成,全碳异质结作为导电沟道材料,金属性SWCNT作为源漏电极,氧化石墨烯(GO)作为介质层,在可见光波段的透光率均高于80%。电学测试结果表明：该光电探测器表现出了较强的栅控能力,实现了从405～1 064 nm的可见光-近红外宽光谱响应,在5 mW/cm²的940 nm激光照射下,该器件光电响应率可以达到18.55 A/W,比探测率达到5.35×10¹¹ Jones,同时,表现出了优异的循环稳定性。     

具有混合结构的三基色有机光电探测器的光电特性

采用溶液旋涂和高真空蒸镀工艺制备了平面和体异质结混合型器件结构的三基色有机光电探测器,利用实验分步探究其不同组分的活性层厚度、混合度以及前置吸收层对器件光电特性的影响.在此基础上,对三基色有机光电探测器进行样品制备及测试.结果表明,混合型结构的光电探测器件对光的吸收几乎覆盖整个可见光区域,对350~700nm范围的光呈现出类似于平台式的宽光谱响应.该器件在-1V偏置电压下,对红、绿、蓝光的比探测率分别为2.89×10~(11) Jones、3.22×10~(11) Jones、1.97×10~(11)Jones,表明该器件对红、绿、蓝光有较好探测效果,尤其对红光的探测率有3~4倍提升.     

基于垂直结构的有机光发射晶体管制备与性能研究

制备了一种有机垂直光发射晶体管, 兼具有机发光二极管的发光和晶体管的开关调节两个功能.其结构为一个有机发光单元垂直堆叠在一个电容单元上,两单元通过一个共有的源电极连在一起.当电容单元被充电时,积累在源电极的电荷能有效地调节源极与有机层之间的载流子注入势垒,从而达到控制源漏输出电流的大小,最终控制发光单元发光的强度.实验结果表明,器件可提供02 mA的输出电流,其大小可驱动发光单元发光,工作电压（开启电压）为6 V.这种垂直集成方案,实现了器件多功能化,为有机发光二极管有源矩阵驱动的实际应用提供了一种新的解决方法. 关键词： 有机光发射晶体管 垂直 电容     

基于二维材料二硒化锡场效应晶体管的光电探测器

以二硒化锡作为沟道材料,设计并制备基于二硒化锡场效应晶体管的光电探测器.以化学气相输运法制备的二硒化锡纯度高且结晶度良好,对二硒化锡使用机械剥离法制备出层状二硒化锡,薄膜的横向尺寸最大可达25—35μm,最薄厚度仅为1.4 nm,使用图形转移法制备基于二硒化锡的场效应晶体管,表面光滑无褶皱,且表现出良好的电学性质,呈现出n型半导体的特征,作为光电探测器对波长分别为405, 532, 650 nm的三基色光表现出明显的光响应.尤其是对405 nm的蓝紫光响应度最高,在光强为5.40 m W/cm~2时,响应度达到19.83 AW~(–1),外量子效率达到6.07×10~3%,探测率达到4.23×10~(10) Jones,并且具有快速的响应速度,响应反应时间为23.8 ms.结果表明二硒化锡在可见光光探测器和新一代光电子器件中具有潜在的应用前景.     

石墨烯/二氧化钛异质结场效应探测器光电特性

利用二氧化钛薄膜光吸收及表面钝化特性,在硅晶圆基底表面制备石墨烯/二氧化钛异质结场效应管光电探测器,并研究其光电响应特性.结果表明,二氧化钛钝化后的探测器可以有效抑制沟道表面的气体小分子吸附,降低器件的暗电流漂移;同时,探测器利用石墨烯的电荷敏感和复合薄膜的光谱吸收特性,显著提高了石墨烯场效应管的响应度.紫外波段,顶层二氧化钛吸光产生的光生电子将注入到石墨烯沟道中,对石墨烯沟道产生n型掺杂,器件最大响应度可达3.5×10~5A/W.在可见光波段,因为二氧化钛层与石墨烯薄膜间存在杂质能级,界面间的电荷转移使沟道载流子寿命显著提高.相对于传统的二氧化钛阵列探测器,该探测器在响应波段与响应度性能上都具有明显优势.     

SOI基高响应度TFET探测器的设计与仿真

提出一种SOI基的新型隧穿场效应晶体管(TFET)探测器结构,将光电二极管与TFET结合,实现光信号的探测放大。光电二极管的正极与TFET的栅极互连,感光后光电二极管的光生电势调控TFET的沟道势垒,控制TFET的输出电流,实现光信号到电流信号的转化。陡峭的亚阈值摆幅能有效放大输出电流,提高TFET探测器的响应度。应用SILVACO完成探测器结构和性能的模拟仿真。光电二极管的光生电势通过较薄的BOX区形成了TFET的底部栅压,增强了对沟道势垒的控制能力,增大了输出电流,结果表明,探测器对弱光具有较高的响应度,当入射光强小于10mW/cm~2时,响应度可超过10~4 A/W。此外,通过调整光电二极管的反偏电压、在源区与沟道间插入n~+口袋等方法可显著提高探测器的输出电流和响应度。     

基于垂直结构的有机光发射晶体管制备与性能研究

制备了一种有机垂直光发射晶体管, 兼具有机发光二极管的发光和晶体管的开关调节两个功能.其结构为一个有机发光单元垂直堆叠在一个电容单元上,两单元通过一个共有的源电极连在一起.当电容单元被充电时,积累在源电极的电荷能有效地调节源极与有机层之间的载流子注入势垒,从而达到控制源漏输出电流的大小,最终控制发光单元发光的强度.实验结果表明,器件可提供02 mA的输出电流,其大小可驱动发光单元发光,工作电压（开启电压）为6 V.这种垂直集成方案,实现了器件多功能化,为有机发光二极管有源矩阵驱动的实际应用提供了一种新的解决方法.     

衬底加热和电极修饰对提高有机场效应晶体管性能的影响

通过衬底加热和氧化钼(MoO3)修饰源漏极制备了并五苯有机场效应晶体管.研究了衬底温度和电极修饰层厚度对器件性能的影响.实验结果表明:当衬底温度为60℃、MoO3修饰层为10 nm时,器件性能获得了显著增强,场效应迁移率由原来的3.39×10-3 cm2/(V·s)提高到2.25 ×10-1 cm2/(V·s),阈值电压由12 V降低到3V.器件性能的改善归因于:衬底加热可以优化有源层形貌,改善载流子传输;而MoO3修饰层显著降低了电极与有源层之间的接触势垒,提高了载流子的注入.因此,衬底加热与电极修饰对于制备高性能有机场效应晶体管是不可或缺的优化手段.     

大面积单层二硫化钼的制备及其光电性能

过渡金属硫族化合物(TMDCs)材料具有优异的电学和光电性能,在下一代光电子器件中具有广阔的应用前景.然而,大面积均匀生长单层的TMDCs仍然具有相当大的挑战.本工作提出了一种简单而有效的利用化学气相沉积(CVD)制备大面积单层二硫化钼(MoS₂)的方法,并通过调整氧化物前驱体的比例,调整MoS₂单晶/薄膜生长.随后,利用叉指电极掩膜板制备出单层MoS₂薄膜光电探测器.最后,在405 nm激光激发下,不同电压和不同激光功率条件下均表现出高稳定和可重复的光电响应,响应时间可达毫秒(ms)量级.此外,该光电探测器实现了405—830 nm的可见光到近红外的宽光谱检测范围,光响应度(R)高达291.7 mA/W,光探测率(D^*)最高达1.629×10⁹ Jones.基于该CVD制备的单层MoS2薄膜光电探测器具有成本低、能大规模制备,且在可见光到近红外的宽光谱范围内具有良好的稳定性和重复性的优点,为未来电子和光电子器件的应用提供了更多的可能性.     

PECVD法制备高结晶GaN薄膜及其光电响应性能

采用一种简单、绿色、低成本的等离子增强化学气相沉积(PECVD)法,在950℃下成功制备了高结晶质量的GaN薄膜.为了提高GaN薄膜结晶质量和弄清GaN薄膜光响应机制,研究了GaN缓冲层制备温度对GaN薄膜结晶质量和光电性能的影响.研究表明,随着GaN缓冲层制备温度的增加,GaN薄膜的结晶质量先提高后降低,在缓冲层温度为875℃时,结晶质量最高,此时计算得出的总位错密度为9.74×10~9 cm^-2,载流子迁移率为0.713 cm~2/(V·s).经过退火后,GaN薄膜的总位错密度降低到7.38×10~9 cm^-2,载流子迁移率增大到43.5 cm~2(V·s),此时GaN薄膜光响应度为0.20 A/W,光响应时间为15.4 s,恢复时间为24 s,可应用于紫外光探测器.通过Hall测试和X射线光电子能谱仪分析得出,GaN薄膜内部存在着N空位、Ga空位或O掺杂,它们作为深阱能级束缚和复合光生电子和空穴,使得光响应度与偏压呈抛物线关系;另外,空位和O掺杂形成的深阱能级也是导致GaN薄膜的光电流响应和恢复缓慢的根本原因.     

单层MoS2掺杂Au、 Ag光学性质的第一性原理研究

二维材料因其优异的光电性能、可调的能带结构广泛应用于传感电子领域,如场效应晶体管、拉曼增强基底、光电探测器等光电子器件。通过掺杂可以将材料改性进而提高材料的载流子浓度和电导率,这将增强材料界面处的电荷转移从而调控材料的光电特性。本文搭建了单层MoS₂以及在MoS₂晶胞中掺杂Au、 Ag原子,通过理论计算得到材料的介电函数、光吸收谱和反射谱,为该材料在光电领域的应用提供理论依据。     

可见光响应SO_4~(2-)/Ce-TiO_2的光谱特征及催化性能

采用溶胶-凝胶法制备了Ce掺杂TiO_2,经H_2SO_4处理得到酸化Ce掺杂TiO_2。利用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、吡啶吸附红外光谱(Py-FTIR)、紫外-可见光漫反射光谱(UV-Vis)及X射线光电子能谱(XPS)技术对样品的性质进行了表征,以罗丹明B(RhB)在样品上的可见光催化降解为模型反应,评价了所制备样品的光催化性能。XRD测试结果表明,铈掺杂使TiO_2产生晶格缺陷、粒径减小,有利于光生电荷的转移,继而提高催化剂的活性;FTIR谱图说明SO_4~(2-)以桥式双齿配位吸附形式存在;PyFTIR谱图显示,酸化铈掺杂TiO_2样品表面同时存在Brnsted和Lewis酸位,但以Lewis酸为主。Lewis酸中心的缺电子性质有利于样品表面的光生电子与光生空穴分离,从而改善催化剂的活性;UV-Vis结果表明,Ce掺杂减小了TiO_2的带隙能,引入的杂能级能够捕获导带上的光生电子和价带上的光生空穴,降低光生电子-空穴对的复合几率;同时还可以使能量较小的光子激发杂能级上捕获的电子,拓宽光响应范围;XPS分析表明SO2-4/Ce-TiO_2样品上同时存在Ce3+/Ce4+的混合价态,Ce~(3+)/Ce~(4+)氧化-还原转换有助于TiO_2受光激发后产生的光生电子和空穴的分离,从而提高光量子效率。酸化Ce掺杂TiO_2对RhB的可见光催化降解反应有很好的活性,实验结果证明,H_2SO_4酸化和Ce掺杂的协同作用改善了样品的可见光响应,促进了其可见光催化反应活性。     

基于标准CMOS工艺的UV/blue光电探测器

基于UMC 0.18μm CMOS工艺,提出一种适合紫外/蓝光探测的探测器,该器件由栅体互联的NMOS晶体管和横向/纵向光电二极管构成.其中,浅结的光电二极管由UMC工艺中Twell层(浅P阱)和Nwell层形成,以增强其对紫外/蓝光的吸收,栅体互联的NMOS晶体管可以放大光电流,提高探测器的灵敏度和动态范围.仿真结果表明,本文设计的紫外/蓝光探测器具有低的工作电压和暗电流,对300~550nm波长范围的光具有高的响应度和宽的动态范围.在弱光条件下(光强小于1μW/cm2),响应度优于105 A/W,随着光强增大,响应度逐渐降低,但总体仍超过103 A/W.     

光窗口对SiGe/Si异质结光电晶体管光响应的影响

分析了不同光窗口位置和不同光窗口面积对SiGe/Si异质结光电晶体管(HPT)光响应特性的影响.光窗口位于发射区时,HPTs吸收路径长,会产生较多的光生载流子,在发射结界面产生较大的发射结光生电压,有利于发射结的电子注入,因此获得较大的集电极输出电流和光增益.当入射光波长为650 nm,集电极电压为2.0 V,光窗口面积为10μm×10μm时,SiGe/SiHPT的光增益最大可以达到9.24.光窗口位于基区时,在较大的入射光功率下,HPTs吸收区的光生载流子密度大,光生空穴发生快速驰豫的可能性增加,一定程度上缓解了空穴迁移率低对器件工作速度的限制,提高了光特征频率.当入射光波长650 nm,集电极电压2.0 V,光窗口面积为10μm×10μm时,SiGe/SiHPT的光特征频率可达16.75 GHz.对于能够获得更高光增益光特征频率优值的发射区光窗口SiGe/SiHPTs,当光窗口面积从3μm×10μm到50μm×10μm逐渐增加时,电子在发射结界面的有效注入面积增加从而光增益逐渐增大;同时发射结和集电结的结电容也随之增大,RC延迟时间增长,光特征频率却逐渐减小.光增益·光特征频率优值随着光窗口面积的增加而逐渐提高,但随着面积的增加,光增益·光特征频率优值提高的速率变慢,并有逐渐趋于饱和的趋势.     

利用双给体实现可见光范围高探测率 有机光电探测器

采用P3HT∶PBDT-TT-C∶PC_(61)BM为活性层,通过溶液旋涂和高真空蒸镀工艺制备了覆盖可见光范围的高探测率有机光电探测器.利用原子力显微镜、紫外可见吸收光谱和荧光光谱研究了窄带隙聚合物红光吸收材料PBDT-TT-C掺入P3HT∶PC_(61)BM对活性层薄膜光学特性和器件电学特性的影响.研究发现当活性层中P3HT∶PBDT-TT-C∶PC_(61)BM质量比为8∶2∶10时,活性层的响应光谱范围拓宽到350～780 nm.其探测器在-1 V偏压下红绿蓝三基色的光响应度和外量子效率分别达到了422 mA/W、464 mA/W、286 mA/W和83%、108%、77%,比探测率均达到10~(12)Jones以上.结果表明,在有机光电探测器活性层中掺入吸收光谱互补的有机材料,在保证薄膜微观形貌的基础上,通过调节三元混合材料的质量比,不仅可以优化载流子的产生和输运,提高器件的光电流,还可通过第三组分的掺入促进薄膜结晶,减小器件的暗电流.     

1.5μm波长n-p-n型InGaAsP-InP晶体管激光器材料外延生长

基于器件模拟仿真,设计了一种1.5μm波长InGaAsP-InP晶体管激光器材料外延结构.其多量子阱有源区置于基区非对称波导中.仿真结果显示该外延结构能够获得较好的光场限制和侧向电流限制.对该材料MOCVD生长研究表明,基极重掺杂接触层中Zn2+扩散将导致量子阱严重退化.通过对其扩散过程的模拟仿真,采用平均掺杂浓度为1×1018cm-3的梯度掺杂,有效地抑制了Zn2+向量子阱区的扩散.所获得的外延材料在1.51μm呈现较强的PL峰值,具有卫星峰清晰的XRD谱.     

基于模板剥离法制备高性能钙钛矿单晶薄膜光电探测器

近年来,杂化钙钛矿半导体材料由于其带隙可调、吸收系数高、载流子迁移率高、成本低廉等诸多优点,在光电器件领域备受青睐,如太阳能电池、电致发光器件、光电探测器等。其中,钙钛矿单晶薄膜因其无晶界、杂质和缺陷含量低等特点,展现出更为优异的光学、电学特性,成为制备高性能光电器件的理想材料体系。然而,钙钛矿单晶薄膜常采用空间限域法直接生长在空穴传输层上,不可避免地将导致界面缺陷和载流子层间输运等问题,严重制约了钙钛矿单晶薄膜光电探测器的性能。为此,本文通过引入模板剥离法工艺技术,在钙钛矿单晶薄膜两侧分别蒸镀功能层材料,制备了结构为Cu/BCP/C₆₀/MAPbBr₃/MoO₃/Ag的钙钛矿单晶薄膜光电探测器。基于模板剥离法,两侧蒸镀的功能层与钙钛矿单晶薄膜接触紧密,将有效改善载流子的注入和传输;同时,优化的器件结构以及考虑能带匹配等因素可实现高灵敏、响应快速的钙钛矿单晶薄膜光电探测器。改进后器件的开关比高达3.1×10³,响应度可达7.15 A/W,探测率为5.39×10¹² Jones,...