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。     

单层二硫化钼的制备及在器件应用方面的研究

二硫化钼(MoS₂)作为一种新兴的二维半导体材料,它具有天然原子级的厚度以及优异的光电特性和机械性能,在未来超大规模集成电路中具有巨大的应用潜力.本文综述了我们课题组在过去几年中在单层MoS₂薄膜研究方面所取得的进展,具体包括:在MoS₂薄膜制备方面,通过氧辅助气相沉积方法,实现了大尺寸MoS₂单晶的可控生长;通过独特的多源立式生长方法,实现了4 in晶圆级大晶粒高定向的单层MoS₂薄膜的外延生长,样品显示出极高的光学和电学质量,是目前国际上报道的质量最好的晶圆级MoS₂样品;通过调节MoS₂薄膜的氧掺杂浓度,可以实现对其电学和光学特性的有效调控.在MoS₂薄膜器件与应用方面,利用制备的高质量单层MoS₂薄膜,实现了高性能柔性晶体管的集成,这种大面积柔性逻辑和存储器件显示出优异的电学性能;在集成多层场效应晶体管的基础上,设计,加工了垂直集成的多层全二维材料的多功能器件,充分发挥器件的组合性能...     

基于苯并二噻吩聚合物所制备的三元光电探测器的特性

本文采用P3HT∶PTB7∶PC⁶¹BM为活性层,制备了覆盖可见光范围的三元体异质结有机光电探测器(organic photodetectors,OPDs).利用原子力显微镜、紫外可见吸收光谱和荧光光谱等手段研究了PTB7添加到P3HT∶PC61BM体系中对OPDs光学和电学性质的影响,发现当P3HT∶PTB7∶PC61BM的质量比为8∶2∶10时,三元混合层的响应光谱扩展到780 nm,OPDs的响应度R在630,530,460 nm的光照和–1 V偏压下分别达到178,291,241 mA/W,比探测率D^*达到10¹² Jones,并与课题组之前成果P3HT∶PBDT-TT-C∶PC61BM为活性层的三元有机光电探测器做了对比.分析了两种基于苯并[1,2-b∶4,5-b]二噻吩(BDT)单元的聚合物PTB7与PBDT-TT-C分别添加到同一体系P3HT∶PC₆₁BM中产生的器件性能差距的现象,解释了PTB7由于氟原子的引入,对混合薄膜微观形貌的影响和对薄膜中光生载流子迁移率的提升的原因.这为制备性能更好的有机光电探测器提供了理论依据和方法.     

光损伤肖特基钙钛矿探测器的光电特性分析

为了研究飞秒激光对光电探测器光学性能的影响,本文对飞秒脉冲激光辐照CsPbBr₃背靠背肖特基光电探测器的损伤特性,以及不同激光功率密度下的光电性能进行了研究。利用化学气相沉积法在ITO叉指电极上沉积CsPbBr₃微米晶薄膜,制备了背靠背肖特基型全无机钙钛矿光电探测器。利用脉冲宽度为35 fs的钛宝石飞秒激光器辐照CsPbBr₃光电探测器,通过显微镜观察不同激光功率密度下CsPbBr₃多晶薄膜的损伤形貌,并研究了不同功率密度损伤下肖特基结构的钙钛矿光电探测器的光电性能变化。结果表明：自制的全无机金属卤化物肖特基光电探测器具有较高的损伤阈值,达到了2.1 W/cm²,并且在样品轻度损伤的情况下,样品的光电特性出现了一定程度的提升,光谱响应度出现了50 nm的展宽,并且在部分薄膜受热脱落后,器件仍然保持一定的光电探测性能。     

单层MoS2薄膜的NaCl双辅助生长方法

以单层二硫化钼(MoS₂)为代表的过渡金属硫族化合物半导体材料具有良好的光学、电学性质,近十年来引起了人们广泛的研究兴趣.合成高质量单层MoS₂薄膜是科学研究及工业应用的基础.最近科研人员提出了盐辅助化学气相沉积生长单层薄膜的方法,大大提高了单层MoS₂薄膜的生长速度及晶体质量.本文基于此方法,提出利用氯化钠(NaCl)的双辅助方法,成功制备了高质量的单层MoS₂薄膜.光致发光(PL)谱显示其发光强度比无NaCl辅助生长的样品有了明显的提高.本文提出的NaCl双辅助生长方法为二维材料的大规模生长提供了思路.     

常压CVD法合成铌掺杂少层MoS2

利用粉体NbCl₅作为Nb掺杂源,采用常压CVD方法合成了大尺寸Nb掺杂的少层MoS₂薄膜。通过扫描电子显微镜和原子力显微镜观察获得了该薄膜样品的形貌和厚度信息。拉曼光谱和X射线光电子谱测试证实了Nb被掺入到了MoS₂薄膜中,Nb掺杂的MoS₂合金薄膜已经形成。最后,对Nb掺杂的少层MoS₂薄膜的电学性质进行了测试。     

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,...     

利用脉冲激光沉积外延制备CsSnBr3/Si异质结高性能光电探测器

钙钛矿半导体具有光吸收系数高、载流子扩散长度大和荧光量子效率高等优异物理特性,已在光电探测器、太阳能电池等领域展现出重要的应用潜力.但卤化铅钙钛矿的环境毒性和稳定性大大限制了该类器件的应用范围.因此,寻找低毒、稳定的非铅钙钛矿半导体尤为重要.利用锡元素替代铅元素并生长高质量的锡基钙钛矿薄膜是实现其光电器件应用的可行方案.本文采用脉冲激光沉积方法,在N型单晶硅(100)衬底上外延生长了一层(100)取向的CsSnBr₃钙钛矿薄膜.霍尔效应及电学测试结果表明,基于CsSnBr₃/Si半导体异质结在暗态下具有明显的异质PN结电流整流特征,在光照下具有显著的光响应行为,并具有可自驱动、高开关比(10⁴)以及毫秒量级响应/恢复时间等优良光电探测器件性能.本文研究结果表明利用脉冲激光沉积方法在制备新型钙钛矿薄膜异质结、实现快速灵敏的光电探测方面具有重要应用前景.     

Te掺杂单层MoS2的电子结构与光电性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了Te掺杂对单层MoS₂能带结构、电子态密度和光电性质的影响。结果表明,本征单层MoS₂属于直接带隙半导体材料,其禁带宽度为1.64 eV。本征单层MoS₂的价带顶主要由S-3p态电子和Mo-4d态电子构成,而其导带底则主要由Mo-4d态电子和S-3p态电子共同决定;Te掺杂单层MoS₂为间接带隙半导体材料,其禁带宽度为1.47 eV。同时通过Te掺杂,使单层MoS₂的静态介电常数增大,禁带宽度变窄,吸收光谱产生红移,研究结果为单层MoS₂在光电器件方面的应用提供了理论基础。     

薄膜厚度对射频磁控溅射β-Ga2O3薄膜光电性能的影响

本文在室温下利用射频磁控溅射技术在(001)蓝宝石衬底上制备了不同厚度的β-Ga₂O₃薄膜,随后将其置于氩气气氛中800℃退火1 h.利用XRD,SEM,UV-Vis分光光度计、PL光致发光光谱仪和Keithley 4200-SCS半导体表征系统等考察薄膜厚度对所得氧化镓薄膜相组成、表面形貌、光学性能以及光电探测性能的影响.结果表明,随着薄膜厚度的增加,薄膜结晶质量提高,840 nm薄膜最佳,1050 nm薄膜结晶质量略有降低.不同厚度β-Ga₂O₃薄膜在波长200—300 nm日盲区域内均具有明显的紫外光吸收,禁带宽度随着薄膜厚度的增加而增加.PL谱中各发光峰峰强随着薄膜厚度的增加而减小,表明氧空位及其相关缺陷受到抑制.在β-Ga₂O₃薄膜基础上制备出日盲紫外光电探测器的探测性能(光暗电流比,响应度,探测率,外量子效率)也随薄膜厚度的增加呈先增后减的趋势.厚度约为840 nm的β-Ga₂O₃紫外光电探测器,在5...     

具有光电倍增的宽光谱三相体异质结有机彩色探测器

实验研究了P3HT：PBDT-TT-F：PCBM三相体异质结活性层光谱拓宽及其材料混合度对探测器光电特性的影响以及陷阱辅助光电倍增的机理.在此基础上,获得了一个覆盖350–750 nm波长范围的彩色探测器.该探测器在-1 V低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470,381,450 mA/W和93%,89%,121%,比探测率均接近10¹² Jones,且各基色的特性参数最大平均相对偏差均小于20%,同时频率带宽分别达到了5,8,8 kHz.结果表明：在保持二相体异质结薄膜原有微观形貌下,掺入少量光谱拓宽材料可实现活性层吸收光谱的拓宽.利用能级陷阱中电子的辅助作用引入外电路空穴注入,可实现探测器光电倍增.通过调节三相材料的混合度可实现基色间探测能力的均衡性.     

单层二硫化钼与银纳米颗粒阵列复合结构的表面增强荧光特性研究

本文采用阳极氧化铝模板辅助真空蒸镀技术研究并制备了厘米级、形貌均一、颗粒尺寸可控的银纳米颗粒(AgNPs)阵列,并结合传统的湿法转移技术获得了单层MoS₂/AgNPs阵列复合结构。系统研究了该复合结构的表面增强荧光(SEF)特性,结果表明我们制备的AgNPs阵列可用作高效SEF基底来增强单层MoS₂的荧光性能。且随着温度降低,单层MoS₂的荧光性能得到了进一步提升。本研究为MoS₂在光电集成领域的应用提供了理论和技术基础。     

窄带有机光电探测器的优化设计

针对基于无机材料的光电探测器需要借助滤光器或棱镜耦合实现窄带响应,提出了一种通过有机材料制备窄带光电探测器并提高吸收峰值和降低半高全宽的方法和结构。该器件由分布布拉格反射器和有机光电二极管构成。有机光电二极管的顶电极和底电极之间构成光学微腔。采用传输矩阵法,详细分析了分布布拉格反射器的中心波长、有机光电二极管透明顶电极和光敏感层的厚度对有机光电探测器吸收性能的影响。研究结果表明,Tamm等离激元共振波长接近光敏感层的光学带隙时,可获得半高全宽小于20 nm的窄带响应,并且吸收峰值在70%以上。基于PTB7∶PC~(71)BM和PTB7-Th∶IEICO-4F的有机光电探测器分别可用于探测红光和近红外光。该研究从基本物理机制出发,结合材料和器件结构可将有机光电探测器的响应窗口从可见光拓展至近红外光。     

基于VO2薄膜非致冷红外探测器光电响应研究

VO₂薄膜是非致冷微测辐射热红外探测器热敏电阻材料.研究中应用微电子工艺制备了VO₂溅射薄膜红外探测器,在296K的环境中测试了该探测器在不同的直流偏置、光调制频率下对873K标准黑体源8—12μm红外辐射的光电响应以及器件的噪声电压,在10和30Hz的调制频率下其响应率分别大于17kV/W和接近10kV/W.该探测器实现了探测率D大于1.0×10⁸cm (Hz)^1/2/W,热时间常量为0.011s的8—12μm非致冷 关键词： 非致冷测辐射热探测器 红外探测器 二氧化钒 薄膜     

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.     

CVD法单层MoS2在209Bi离子辐照下的损伤效应研究

通过光学显微镜、拉曼光谱确定了CVD（化学气相沉积法）制备的不同厚度MoS₂的层数,采用拉曼分析结合原子力显微镜观测分析了由HIRFL提供的高能209Bi离子辐照CVD制备的单层MoS₂样品随辐照注量的损伤规律。随辐照注量增加,E_2g1和A_1g两种声子振动模式对应的拉曼峰逐渐蓝移,且拉曼特征峰强度减弱,这是由于带正电荷的209Bi辐照产生潜径迹型晶格缺陷吸附空气中氧分子而引入p型掺杂引起的。同时,在辐照注量为5×1010 ions/cm2的单层MoS₂的AFM图像中观察到潜径迹主要以凹坑形式出现,与机械剥离法观测到的凸起径迹明显不同,分析了不同制备工艺对径迹形貌的影响。比较了机械剥离法制备MoS₂样品的拉曼光谱和AFM成像的实验数据和结果,认为不同制备方法会影响单层或少层MoS₂的电子密度。The layer number of MoS₂ with different thickness was determined by the optical microscope and Raman spectra. And the damage effect of the CVD (chemical vapor deposition) prepared single-layer MoS₂ sample irradiated by 209Bi ions was analyzed by the combination of Raman analysis and AFM observations. With the increase of irradiation fluence, the Raman characteristic peaks of E_2g1 and A_1g corresponding to both phonon vibration modes gradually bluely shift, and the intensity of the peaks obviously decreased. This is due to the fact that the 209Bi ion irradiation results in the latent track type lattice defects and they adsorb the oxygen molecules in the air ended with the p-type doping. Meanwhile, from the AFM image of the mono-layer of irradiated MoS₂ under the 5×1010 ions/cm2, it can been seen that latent tracks mainly occur in the form of pits, which different from the hillock tracks observed by mechanical stripping method. The influence of different preparation technology to the track morphology is analyzed. Compared with the Raman and AFM results of MoS₂ prepared by mechanical stripping, it is considered that different preparation methods will affect the electron density in single or few layers of MoS₂.     

界面种子层修饰策略制备高性能CsPbIBr2光电探测器

在相对湿度低于90%(<90%RH)的大气环境下，通过界面种子层修饰策略，利用气动喷涂法制备出高结晶度、界面接触良好、结构稳定的CsPbIBr₂厚膜。界面种子层的引入对CsPbIBr₂厚膜的光学带隙(2.10～2.12 eV)没有太大的影响，但明显增强了其对光的吸收和发射，并且荧光寿命也明显延长(从0.95 ns到4.49 ns)。由此厚膜制备的二极管型光电探测器(p-n CsPbIBr₂-ITO)具有非常低的暗电流(5.70×10^-10 A)，并且展示出高效的光电探测性能：高开关比(1.8×10⁴)以及微秒级别的响应时间(上升时间和下降时间分别为9μs、13μs)。当未封装的CsPbIBr₂光电探测器处在<90%RH的大气环境下，其表现出强的抗水抗氧能力：储存60 d后，其仍能保持初始开关比的83%。所提方法为在大气环境下制备低成本、高性能、长效稳定的二极管型CsPbIBr₂光电探测器提供了一种有效的途径。     

双配体策略制备大气环境下性能稳定的CsPbIBr2光电探测器

大气环境下溶液法制备的CsPbIBr₂钙钛矿薄膜存在薄膜覆盖率低、结晶度差和性能不稳定性等问题.为此,本文提出了一种双配体(卵磷脂(L-α-phosphatidylcholine,LP)和硫氰酸铵(NH₄SCN))策略,可在相对湿度不高于60%的大气环境下,利用喷涂法制备出高结晶质量、结构稳定的钙钛矿薄膜.这是由于卵磷脂能够有效降低钙钛矿前驱体溶液的表面张力,提高CsPbIBr₂钙钛矿薄膜的覆盖率,并在CsPbIBr₂钙钛矿薄膜表面形成一层隔绝水氧的保护层;但同时也会减小晶粒尺寸,形成大量的晶界,造成载流子传输不利.而NH₄SCN能够克服卵磷脂的不足,增大晶粒尺寸,提高钙钛矿材料的电学特性.这样,制备出的未封装CsPbIBr₂钙钛矿光电探测器(ITO/CsPbIBr₂/Au)具有低暗电流密度(2×10^-4mA·cm^-2)、微秒级别的响应时间(20,21μs)和长效稳定性(在相对湿度为40%—...     

VO$lt;sub$gt;2$lt;/sub$gt;/AZO复合薄膜的制备及其光电特性研究

采用直流磁控溅射和后退火氧化的方法在掺铝氧化锌(AZO)导电玻璃上制备了二氧化钒(VO₂)薄膜,研究了不同的退火温度、退火时间对VO₂/AZO复合薄膜制备的影响,并对复合薄膜的结构、组分、光电特性进行了测试与分析. 结果表明,导电玻璃上的AZO没有改变VO₂的取向生长,但明显改变了VO₂薄膜的表面形貌特征. 与用相同工艺和条件在普通玻璃基底上制备的VO₂薄膜相比,VO₂/AZO复合薄膜的相变温度降低约25 ℃,热滞回线宽度收窄至6 ℃,相变前后可见光透过率均在50%以上,1500 nm处红外透过率约为55%和21%,电阻率变化达3 个数量级. 该复合薄膜表面平滑致密,制备工艺简单,性能稳定,可应用于新型光电器件. 关键词： 2')" href="#">VO₂ AZO 热致相变 光电特性     

金刚石膜探测器研制

采用直流电弧等离子喷射(DC arc plasma jet)CVD(chemical vapour deposition)工艺制成的金刚石薄膜，研制成功MSM(metal-semiconductor-metal)型CVD金刚石脉冲辐射探测器.对制作的金刚石薄膜材料及探测器有关性能进行了测量，结果表明，采用Raman shift<4.5cm^-1的金刚石薄膜制成的探测器，可满足亚纳秒脉冲辐射探测的要求.由于其独特的物理性能，在制作成本合理的情况下，在脉冲辐射测量中可取代Si-PIN探测器. 关键词： CVD 金刚石薄膜 辐射探测器