钙钛矿氧化物紫外探测器的研制

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紫外探测由于其几乎不受各类电磁波的干扰,同时具有较高的位辨率与低窃听率等特点,被广泛应用于导弹预警,火灾监测,生物化学检测,焊弧探测等军事、民用、工业领域。本文针对传统宽禁带材料紫外探测器的缺陷,通过以单晶钛酸锶为衬底,转移单层石墨烯与衬底形成异质结制备了高灵敏石墨烯/钛酸锶紫外光电探测器,对其内部增益机制进行了分析,并借助石墨烯作为无损探针对钛酸锶在栅压变化及光照时表面极化特性的变化进行了探索。具体研究内容如下:(1)为了规避钛酸锶材料由于相对介电常数大而内部电场小,无法有效分离光生载流子的问题,通过设计石墨烯/钛酸锶异质结界面,借助材料间功函数差形成强内建电场分离光生载流子,并利用石墨烯具有高载流子迁移率的特点,大大提高了探测器的光电流增益。探测器的响应度在双波长下分别达到2.4×104A/W(@261 nm,85.1 pW),1.2×106 A/W(@325 nm,21.3 pW),响应速度τr和τf分别为 23 ms/11.1 ms(@261 nm,2.24 mW),6 ms/15.3 ms(@325 nm,508 μW),比探测率最高可达到3.3×1010 cmHz1/2/W(@325 nm,21.3 pW),为高灵敏钛酸锶紫外探测器的研制提供了一种新思路。(2)借助石墨烯作为无损探针对钛酸锶表面极化特性进行了探索。通过对石墨烯/钛酸锶异质结在栅压测试时出现的电流滞回现象进行分析,提出了钛酸锶表面极化的物理模型。钛酸锶表面的极化电场随着栅压改变而变化,表面极化电荷会诱导石墨烯中载流子浓度随之发生改变,进而电导率发生变化,导致器件出现电流滞回曲线。通过设计光致热释电实验,发现电流变化情况与所提出物理模型吻合,验证了模型的正确。为研究受到外界干扰时钛酸锶晶体内部电场变化进行了新的探索并提供了可参考的物理模型。
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