基于黑磷量子点材料的光电探测器研究

论文摘要

量子.点（quantum dots:QDs）材料具有强烈的光吸收、超快电荷分离、,尺寸可调和可溶液处理等优异特性,使其在低成本高灵敏度的光电探测器领域得到广泛关注和应用。量子点能够与导体或半导体形成的异质结结构具有独特的相容性和优异的电荷分离能力,使其成为开发下一代高性能光电器件的潜在候选者。高响应的量子点光电探测器已经实现紫外、可见、红外的宽光谱检测,为半导体与高性能器件的集成提供了机遇。黑磷量子点.（Black Phosphorus quantum dots:BPQDs）具有较高的空穴迁移率和成熟的制备工艺,在光子和光电领域已被广泛用于增强光采集、光子转换、光子吸收等。基于BPQDs的光电探测器未被广泛报道,限制了其在光电探测领域的应用。本论文研究了量子点-石墨烯场效应晶体管制备工艺,并设计了有机物增强型的量子点掺杂结构和量子点增强型的双量子点复合结构。对制备的器件进行光学性能和电学性能的表征,并对其光电流传输机制和器件的性能进行探讨,为BPQDs探测器的应用提供了新的研究方向。本论文采用湿法转移单层石墨烯的工艺进行横向结构的量子点光电探测器的制备。基于PN异质结理论,选取N型电子受体PC61BM和P型黑磷量子点的掺杂结构,我们设计并制备了一种横向的PC61BM-BPQDs-Graphene光伏型探测器。在450nm-1000nm波段,器件的响应度达到103A/W量级。与同类型的PC61BM-Graphene探测器相比,该类型器件中响应度提高2个量级,响应时间明显加快,实现高响应、快速探测和宽光谱检测的目的。最后论述了PC61BM掺杂浓度和电极尺寸对器件性能的影响。本论文选取硫化铅量子点（PbSQDs）对BPQDs进行功能化。基于光栅压效应和光电导增益效应,我们设计并制备了一种底栅结构的PbS QDs-BPQDs-Graphene光电导型探测器。在400 nm-1000 nm波段,器件的响应度达到103 A/W量级,增益达到106量级,外量子效率达到2882%,实现了高响应、高增益和快速探测的目的。然后证实响应度与功率成反比,增益与功率成正比,外量子效率与功率成反比。最后论述了石墨烯导电沟道、氧化问题和电极尺寸对器件性能的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 量子点概述
•     1.2.1 量子点的物理性质
•     1.2.2 量子点的发光性质
•     1.2.3 量子点的制备和表征方法
•   1.3 量子点光电探测器概述
•     1.3.1 光电探测技术
•     1.3.2 光电探测器参数
•     1.3.3 量子点光电探测器工作原理
•     1.3.4 量子点光电探测器的结构
•   1.4 量子点光电探测器的研究现状
•   1.5 选题背景与研究内容
•     1.5.1 选题依据与意义
•     1.5.2 研究内容
• 第二章 量子点光电探测器的制备与表征
•   2.1 引言
•   2.2 实验原料与设备
•   2.3 量子点薄膜的制备与表征
•   2.4 石墨烯为通道的光电探测器的制备与表征
•     2.4.1 机械剥离法制备石墨烯光电探测器
•     2.4.2 湿法转移制备石墨烯光电探测器
•     2.4.3 金属电极的制备
•   2.5 量子点-石墨烯光电探测器的表征
•   2.6 本章小结
• 第三章 有机物增强型量子点光电探测器的制备与特性研究
•   3.1 引言
•   3.2 实验材料及表征
• 61BM-BPQDs光伏型探测器的制备'>  3.3 PC₆₁BM-BPQDs光伏型探测器的制备
• 61BM-BPQDs光伏型探测器的测试'>  3.4 PC₆₁BM-BPQDs光伏型探测器的测试
• 61BM-BPQDs光伏型探测器性能的研究'>  3.5 PC₆₁BM-BPQDs光伏型探测器性能的研究
• 61BM-BPQDs光伏型探测器影响因素分析'>  3.6 PC₆₁BM-BPQDs光伏型探测器影响因素分析
• 61BM的掺杂浓度对性能的影响'>    3.6.1 PC₆₁BM的掺杂浓度对性能的影响
•     3.6.2 沟道电极的尺寸对性能的影响
•   3.7 本章小结
• 第四章 双量子点增强型光电探测器的制备与特性研究
•   4.1 引言
•   4.2 实验材料的表征
•   4.3 PbS QDs-BPQDs光电导型探测器的制备
•   4.4 PbS QDs-BPQDs光电导型探测器的测试
•   4.5 PbS QDs-BPQDs光电导型探测器性能的研究
•     4.5.1 PbS QDs-BPQDs光电导型探测器电学性能的研究
•     4.5.2 PbS QDs-BPQDs光电导型探测器光电性能研究
•   4.6 PbS QDs-BPQDs光电导型探测器性能影响因素分析
•     4.6.1 石墨烯导电通道对性能的影响
•     4.6.2 沟道电极尺寸对性能的影响
•     4.6.3 氧气对性能的影响
•   4.7 本章小结
• 第五章 全文总结与展望
•   5.1 全文总结
•   5.2 后续工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 田夫兰

导师: 王军

关键词: 量子点,光电探测器,石墨烯场效应晶体管,异质结结构,掺杂结构

来源: 电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,无线电电子学

单位: 电子科技大学

分类号: TN36;O471.1

总页数: 87

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