基于锑化镓和硫化锑纳米线光探测器件的光电特性研究

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锑化镓作为重要的III-V族半导体材料,拥有高的空穴迁移率850 cm2/Vs和合适的带隙(0.7 eV)被用来制作光探测器件,尤其是高速响应的红外光探测器件。锑化镓属于低阻抗高迁移率材料,用锑化镓纳米线作光探测器材料,其灵敏度和探测率等性能相对较高,适合探测光强较小的可见光和近红外光。同样是锑属化合物的硫化锑纳米线也是很好的光电子材料,拥有带隙(1.5~2.2 eV)能探测近紫外到近红外的光,可以作为宽光谱探测应用。硫化锑属于高阻抗材料低迁移率材料,用硫化锑纳米线作光探测器材料,其光开关稳定性能相对较好,适合探测不同光强的紫外光至近红外光范围。但器件的响应度和灵敏度等性能不如锑化镓,因此通过改进器件的结构,可以使得性能得到提升。本论文的主要内容包括如下两方面:1.采用化学气相沉积法在硅基底上生长锑化镓纳米线,并在硅/二氧化硅基底上制备基于单根锑化镓纳米线的光探测器件。通过性能测试发现,制作好的器件展现出极高的灵敏度,快速的响应速度以及稳定的开关特性。在波长700 nm、光强度0.2 mW/cm2的光照下,显示出光响应度为295 A/W,响应时间为80 ms。而基于柔性基底上的光探测器,显示出可比拟硅/二氧化硅基底上的性能并且拥有更低的暗电流。同样条件下的光照时,柔性探测器的探测率达到9.7×109琼斯,等效噪声功率达到2.0×10-12W/Hz1/2。2.同样使用简单的化学气相沉积法制备出单晶结构高质量的硫化锑纳米线,并对硫化锑纳米线进行金纳米颗粒的修饰,同时制作出基于硅/二氧化硅基底上的金纳米颗粒修饰的硫化锑纳米线光探测器件和未修饰的器件。通过对两种器件的性能比较发现,经过金纳米颗粒修饰后,光电流得到明显提高,响应时间减少,并且对现象的成因进行了研究解释。而对柔性基底上的光探测器件研究显示,修饰同样使得器件的性能增加,白光响应度从4.9 A/W提高到20A/W。
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