近几年,二维Bi2O2Se半导体材料被报道具有超高的载流子迁移率并可以在未封装器件中观测到量子震荡。Bi2O2Se材料因极小的电子有效质量和极高的载流子迁移率(>20,000 [email protected]),并且具有0.8eV的小的带隙宽度和极好的稳定性而得到了广泛的关注。之后,基于二维Bi2O2Se材料的红外光电探测器被报道超高的红外光响应度和接近石墨烯的本征光电响应速度,再一次引起了二维Bi202Se材料在光电领域的研究热潮。目前已报道一些关于Bi2O2Se材料的电子器件与光电器件应用的实验研究,尤其是光电探测器方向的器件应用较多,而且因Bi202Se材料的大的光吸收系数,光电探测器响应度高于目前的其他二维半导体材料制备的光电探测器。关于Bi2O2Se材料的相关理论计算研究也进一步证明铋氧硒材料的优良的材料特性和发展潜力,其中包括Bi202Se材料的极好的热电性能(理论计算ZT值为4.2),参杂Te,S等元素之后的铁电和铁弹性能等。说明Bi2O2Se在光电,热电,铁电等多个领域有研究价值。然而目前该材料遇到的主要困难是生长在云母衬底上的Bi2O2Se晶体因与衬底之间具有较强的结合力,很难实现从云母衬底剥离。这导致器件制备和性能探究都只能局限在云母衬底,无法制备其他新颖的器件结构,也不能在Si/SiO2衬底上制备晶体管。此外,器件制备方法也会阻碍材料优异特性的完全利用,比如电极蒸镀过程中较大能量的原子会在Bi2O2Se与电极界面引入缺陷态而降低器件响应速度。针对以上的问题,本文通过材料生长方法入手,探索并实现了面外生长Bi2O2Se晶体的可控生长。并且通过转移电极方法制备了 Bi2O2Se光电探测器件,在器件制备过程中二维Bi2O2Se材料完全没有接触任何有机物分子或者刻蚀液体,因此保留了二维Bi2O2Se材料的优异特性。同时探索了二维Bi2O2Se材料与其他二维材料的范德华异质结制备方法并成功制备了高响应度石墨烯染色型光电探测器。其主要研究内容如下:通过调控CVD的压强与温度,发现在较低压强较低温度下可以合成超薄的面外生长Bi2O2Se晶体,这种晶体与衬底之间的结合面积极小,可以非常容易的转移到其他任何衬底上进行利用。并且这种面外生长的Bi2O2Se晶体与面内生长的Bi2O2Se晶体具有同样的晶格结构以及优异的电学特性。Si/SiO2基底上制备的FET器件电子迁移率在常温下可以达到230cm2V-1s-1,如果降低温度到90K,电子迁移率会达到3194cm2V-1s-1。之后系统的分析了不同的压强与温度对晶体生长结果产生的影响,实现了Bi2O2Se晶体的生长取向,晶体大小,晶体厚度以及成核密度的可控。此外还通过衬底处理的方法和二次生长方法制备了包含两层或多层不同厚度的Bi2O2Se晶体。利用面外生长的Bi2O2Se晶体转移至Si/SiO2衬底上制备了场效应晶体管(FET)结构的光电探测器。通过背栅调控FET器件可以增大光响应度,优化电极结构以及Bi202Se材料的厚度之后,在较小的光强下Bi2O2Se FET器件的光响应度最高可以达到1×108A/W。并且在1mW/cm2的光强下具有超过50μA的超大的光电流。在负背栅下还可以有效降低增益,可以得到320μs的快的光电响应速度。为了得到响应速度更快的光电探测器件,利用转移电极的方法在云母衬底上制备电极,这种金属/半导体/金属(MSM)结构的器件有效降低了缺陷态的形成以减少了增益,最终得到47.6μs的器件响应速度。通过制备面内同质结器件进一步提高的光电响应速度。因Bi2O2Se材料中厚度差异引起的费米能级变化产生内建电场,内建电场有助于光生载流子的分离而提高量子效率,基于这种结构得到了 4.8μs的器件响应速度。通过引入一种探针转移Bi2O2Se的方法实现了Bi2O2Se与其他的二维或者三维材料的范德华异质结构制备。通过这种新颖的转移方法制备了两种不同工作模式的Bi2O2Se/石墨烯异质结构器件。当Bi2O2Se作为光吸收层,石墨烯作为电子传输层时,器件在外加偏压0.1V时最高的响应度可以达到3.8×106A/W。另外,还利用Bi2O2Se与石墨烯产生的异质结制备了自供电光电探测器,在没有外下偏压之下器件可以输出较大的光电流,并且对外部的光照非常敏感。