【摘 要】
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准一维材料作为低维材料体系中的典型代表,具有独特的电学和光电性质,因此在光电探测器等光电子器件领域广受国内外研究人员的关注。然而在准一维材料生长过程中,不可避免地会引入杂质掺杂或缺陷,导致载流子浓度提高,减缓器件响应速度,增大器件暗电流,降低探测器性能。本论文基于低成本、高效率的化学气相沉积（CVD）方法研究了准一维半导体材料的生长工艺与机理。硫化镉纳米带、碲纳米线以及纳米带等准一维半导体材料展现
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准一维材料作为低维材料体系中的典型代表,具有独特的电学和光电性质,因此在光电探测器等光电子器件领域广受国内外研究人员的关注。然而在准一维材料生长过程中,不可避免地会引入杂质掺杂或缺陷,导致载流子浓度提高,减缓器件响应速度,增大器件暗电流,降低探测器性能。本论文基于低成本、高效率的化学气相沉积（CVD）方法研究了准一维半导体材料的生长工艺与机理。硫化镉纳米带、碲纳米线以及纳米带等准一维半导体材料展现出性能优异,稳定,应用广泛等特点。围绕这些准一维半导体材料开展光电探测器的研究,重点关注了这些光电探测器的光电流产生机理。通过设计独特的结构,降低探测器器件暗电流与噪声,提升探测器探测率、响应速度等性能,探索准一维光电探测器的应用研究。具体工作如下:1.采用HfO2钝化处理化学气相沉积生长的CdS纳米带表面缺陷,降低材料在生长过程中引入非故意掺杂而导致高电子浓度。基于微纳工艺,制备出CdS背栅晶体管,分析了材料缺陷浓度与材料载流子浓度以及晶体管器件阈值的关系,建立了HfO2钝化处理CdS纳米带能带变化模型,并通过变温电学测试定量分析验证。结果表明,HfO2钝化处理后器件的工作模式由耗尽模式转变为增强模式,零栅压时器件暗电流明显降低。源漏电压为1V时,钝化后的CdS纳米带光电晶体管在450 nm波段具有9.07×1014 cm Hz1/2 W-1的超高探测率,新结构有效提升了器件的探测率。2.采用化学气相沉积法,选择合适的SnTe2源材料生长各向异性低维碲（Te）材料,克服了不同晶体方向生长速率差异大、难以受控生长的问题。合成了准一维Te纳米线和纳米带,并研究了 Te形貌可控生长的机理。验证了准一维Te光电晶体管器件超高的空穴迁移率和宽谱偏振探测能力。此外,Te器件具有黑体敏感的红外探测性能。器件在1550 nm波段具有了6650 AW-1的高激光响应率和5.19 AW-1的黑体响应率。最后成功地实现了基于Te光电探测器的高分辨率主动成像,证实Te在低维材料体系中的探测应用前景。3.为了降低准一维Te器件的暗电流,提升器件响应速度,构建了一种基于准一维Te纳米带和石墨烯材料的异质结器件,实现了器件的自供电探测,有效抑制探测器件的暗电流与噪声。结果表明,器件实现了从可见光到中红外的高探测率和快速响应。在2 μm激光辐照下,异质结光探测器的探测率为1.04×109 cm Hz1/2 W-1,响应时间为28 μs,稳定性良好。在零偏压条件下,该光电探测器的黑体峰值探测率可达3.69×108 cm Hz1/2 W-1。对线性阵列器件的进一步研究表明,器件显示出良好的性能均匀性,适用于潜在的成像应用。
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