【摘 要】
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光电探测器是人们了解光、利用光的一种重要手段,随着新型材料的不断涌出,光电探测器的发展迎来了新的机遇。石墨烯依靠其超高的载流子迁移率、费米能级可调等优异的物化性质在光电探测领域展现了可观的前景,但受限于其仅为2.3%的吸光率,通常需要通过复合高吸光度材料或者特殊的结构来实现光的有效利用。石墨烯复合结构的光诱导局域场调控效应可实现超高的载流子光电增益,但是外加偏压的设置使该类器件暗电流和噪声都比较大
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光电探测器是人们了解光、利用光的一种重要手段,随着新型材料的不断涌出,光电探测器的发展迎来了新的机遇。石墨烯依靠其超高的载流子迁移率、费米能级可调等优异的物化性质在光电探测领域展现了可观的前景,但受限于其仅为2.3%的吸光率,通常需要通过复合高吸光度材料或者特殊的结构来实现光的有效利用。石墨烯复合结构的光诱导局域场调控效应可实现超高的载流子光电增益,但是外加偏压的设置使该类器件暗电流和噪声都比较大。零偏压工作是解决暗电流较大问题的方法之一,因此自驱动探测器是大家一直以来的追求,但是就目前的研究现状表明,基于石墨烯的零偏压工作器件响应度都不够大,虽然降低了暗电流,但同时也严重影响了器件的探测性能。本论文从兼容局域场效应的非对称结构出发,研究了零偏压工作的高响应度,以及低噪声石墨烯光电探测器,具体研究成果如下:1.为了实现石墨烯基探测器的零偏压工作并兼容局域场效应,提出了一种非对称结构,在石墨烯沟道的部分区域复合CdS形成左右不对称的结构,导致左右部分的石墨烯能带的电子填充状态不同进而产生电势差,形成内建电场实现零偏压工作。对CdS的生长方法以及石墨烯转移方法进行了改进。通过设计不同尺寸以及不同材料覆盖率的器件,研究了不对称程度对器件性能的影响,并对其响应度、噪声等参数进行了表征。最终在零偏压下、入射光功率为2.2m W/cm~2的635nm光照下得到了0.26A/W的响应度、51.5%的量子效率和约为2.94×10~8Jones比探测率。2.为进一步降低噪声和暗电流提出了石墨烯和CdS的肖特基结光电探测器,通过将500℃退火条件与300℃退火条件对比,发现退火条件对器件性能具有重要影响。设计了不同覆盖面积的器件,测试得到材料重叠区域面积大的器件性能更优。通过对比不同类型器件的噪声,发现肖特基结型器件的噪声远低于其他类型。最终在-5V偏压下,电流开关比可达214.3,响应度可达0.35A/W,器件的比探测率约为4.15×10~9Jones。本论文的研究为石墨烯基零偏压探测器件的发展提供了一个有效的思路,也为石墨烯基探测器的制备提供了高效的工艺基础。
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