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石墨烯/半导体薄膜复合光探测器研究

黄帆  
【摘要】:基于石墨烯/半导体膜杂化物的光探测器由于其超高的性能而引起了国内外的广泛关注,性能优越和重复性高这两个特性对于现代科技中许多依赖一维纳米结构和薄膜结构的光探测器来说至关重要。一维纳米结构的器件由于其对微观环境过度敏感而造成了性能上的差异,而基于薄膜结构的光探测器在性能稳定上则具有更大的优势。本文针对石墨烯/半导体薄膜异质结光探测器进行了完整的制备、性能测试和功能调节,以求制备出更出色的光探测器。论文的第一章介绍了半导体和半导体光探测器的相关知识,阐述了本文的研究背景和研究内容,提出了本文的选题意义和创新点。在第二章中,主要叙述了石墨烯/半导体薄膜异质结光探测器的制备和工作原理,介绍了实验过程中用到的药品和仪器,并对材料形貌和结构的表征设备,进行了详细的阐述。在第三章实验部分中,通过将载流子迁移率极高的石墨烯与电子束镀膜沉积的半导体薄膜复合制备出石墨烯/半导体薄膜异质结光探测器,并进行光响应测试。结果显示,本实验中制备的石墨烯/半导体薄膜异质结光探测器不仅达到了1.7×107A/W的响应度和50 ms左右的响应速度,也展示了高度的重复性。通过这种方法制备的光探测器与传统工艺兼容,在大范围的应用上有显著的优势。第四章实验在前面提出的石墨烯/半导体薄膜异质结光探测器的模型基础上进行了更深入的研究。在本章实验中,通过改变靶材中ZnS与CdS粉末的摩尔比,利用电子束蒸发法成功制备了具有完全组成可调性的合金Zn_xCd_(1-x)S(0≤x≤1)膜。紫外-可见光吸收测量显示,在制备的合金Zn_xCd_(1-x)S膜中产生组成依赖的带边吸收,带隙从2.41 eV(x=0,CdS)连续地移动到3.67 eV(x=1,ZnS)。将通过CVD气相生长的单层连续石墨烯转移到合金Zn_xCd_(1-x)S膜后,基于石墨烯/Zn_xCd_(1-x)S合金薄膜混合物实现了带隙可调的目标,其光谱响应截止边在410 nm和580 nm之间。显然,在这项工作中介绍的方法可以扩展到制造其他带隙可调的石墨烯/合金三元膜混合光探测器上。在论文第五章中,对本论文的结论进行了总结,并对未来的工作提出了展望。


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