【摘 要】
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二硫化钨(WS_2)是一种具有类似石墨烯二维层状结构的半导体材料,具有良好的光电性能。然而,以往制备的单晶WS_2薄膜的尺寸都非常小,限制了基于WS_2薄膜光电器件的大规模应用。非晶WS_2薄膜具有制备方法简单、可大面积制备和半导体性质稳定等特点,非常适合应用于半导体光电器件。本论文分别在p-Si和SiC衬底上制备非晶WS_2薄膜。研究非晶WS_2/p-Si异质结在可见光区的侧向光伏性质和非晶WS
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二硫化钨(WS2)是一种具有类似石墨烯二维层状结构的半导体材料,具有良好的光电性能。然而,以往制备的单晶WS2薄膜的尺寸都非常小,限制了基于WS2薄膜光电器件的大规模应用。非晶WS2薄膜具有制备方法简单、可大面积制备和半导体性质稳定等特点,非常适合应用于半导体光电器件。本论文分别在p-Si和SiC衬底上制备非晶WS2薄膜。研究非晶WS2/p-Si异质结在可见光区的侧向光伏性质和非晶WS2/SiC异质结在紫外光区的侧向光伏性质。本论文的主要研究内容如下:1、利用脉冲激光沉积技术分别在p-Si和4H-SiC衬底上制备非晶WS2薄膜。通过XRD、拉曼、XPS测试证明获得了高质量的非晶WS2薄膜。通过透射光谱计算得到WS2薄膜和4H-SiC衬底的禁带宽度分别为1.35 eV和3.25 eV。利用霍尔效应测试得到异质结的载流子迁移率。利用磁控溅射技术在非晶WS2薄膜表面镀金电极。2、研究了非晶WS2/p-Si异质结在可见光范围的侧向光伏性质。纵向伏安(I-V)曲线表明非晶WS2/p-Si异质结形成了内建电场。在635 nm激光照射下,异质结获得了260 mV的开路电压。异质结的纵向弛豫时间仅为300 ns。在780 nm激光照射下,获得了高达300 mV/mm的位置灵敏度。进一步探究了影响位置灵敏度的因素并分析了原因。异质结的横向弛豫时间仅为2.8μs。异质结的横向弛豫时间不随外接并联电阻的变化而变化,具有稳定性。横向I-V曲线表明非晶WS2/p-Si异质结界面形成了稳定的反型层结构,反型层能够为光生载流子提供快速的扩散通道,光生载流子主要在反型层中传输。3、研究了非晶WS2/SiC异质结在紫外光范围的侧向光伏性质。纵向I-V曲线表明非晶WS2/SiC异质结形成了有利于光生电子-空穴对纵向分离的内建电场。在266 nm激光照射下,获得了330 mV的开路电压。异质结的纵向弛豫时间仅为850 ns。在非晶WS2/SiC异质结侧向光伏的研究中,在非晶WS2薄膜和SiC衬底一侧分别获得了190 mV/mm和168 mV/mm的位置灵敏度,且侧向光伏值不发生反转。进一步探究了薄膜厚度对侧向光伏性质的影响。在异质结中获得了2.9μs的快速横向弛豫时间。横向I-V曲线说明载流子主要在非晶WS2薄膜中传输。通过异质结侧向光伏产生的原理对其快速弛豫时间进行了解释。
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