【摘 要】
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少层黑磷（Black Phosphorus,BP）有着室温下高的载流子迁移率、宽的光谱吸收范围以及直接带隙等特点,使其在宽光谱光电探测器领域有着天然的应用优势。另一方面,少层结构的吸光效率低和空穴-载流子复合效率高等特点,使其光电探测性能方面在面向实用化器件时仍需进一步提升,同时在大面积阵列器件的应用中BP薄膜的制备至关重要。因此,本论文将均具有宽光谱吸收的少层BP晶体与Pb S量子点（Quant
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少层黑磷（Black Phosphorus,BP）有着室温下高的载流子迁移率、宽的光谱吸收范围以及直接带隙等特点,使其在宽光谱光电探测器领域有着天然的应用优势。另一方面,少层结构的吸光效率低和空穴-载流子复合效率高等特点,使其光电探测性能方面在面向实用化器件时仍需进一步提升,同时在大面积阵列器件的应用中BP薄膜的制备至关重要。因此,本论文将均具有宽光谱吸收的少层BP晶体与Pb S量子点（Quantum Dots,QDs）结合,制备零维（Zero Dimensional,0D）/二维（2D）异质结,在增强光学吸收度的同时提升光生空穴分离效率,发挥提升光电探测性能的作用。其次在将电化学剥离的少层BP纳米片分散在各种溶剂中,利用不同溶剂表面张力与不相容原理,将高浓度的少层BP分散液在溶剂界面自组装成膜,并转移硅基衬底上,加工制备光电探测器件。薄膜的制备对异质结的制备也有较大的影响。基于以上描述,本文的研究内容分为以下三部分:（1）少层黑磷单晶、硫化铅量子点薄膜制备及光电探测性能研究。采用液相剥离和旋涂的方法分别制备少层黑磷纳米片和硫化铅量子点薄膜,利用拉曼光谱、原子力显微镜、X射线光电子能谱和透射电子显微镜等手段对其进行表征,验证所制备样品的高质量特性。通过制备少层黑磷纳米片和硫化铅薄膜晶体管,对它们的光电特性进行研究,在532 nm-1850 nm之间光电探测器具有优良的光响应,且在532nm下R和D*达到了最大值,分别为204.2 m A·W-1/3.43×10~9 Jones、16.86 m A·W-1/5.46×10~8Jones。（2）少层黑磷单晶/硫化铅量子点异质结光电探测性能研究。为了进一步提升少层BP的光电探测性能,制备了少层黑磷/硫化铅量子点垂直异质结。先后研究了氢气、退火温度和少层黑磷厚度对异质结器件的光电探测性能的影响规律,揭示少层黑磷单晶/硫化铅量子点异质结器件的最佳光电探测性能。在532 nm、VDS=2V、VGS=0V下最大的光响应度和比探测率可以达到2.3 A/W和7.13×10~9 Jones,相对于纯BP和纯Pb S QDs薄膜,异质结在光响应度、比探测和响应时间上都有较大的提升。（3）大面积黑磷/硫化铅薄膜异质结的制备及光电探测性能研究。通过配制黑磷分散液来制备大面积的黑磷薄膜,用光学显微镜和电学输运测试验证其薄膜均匀性,研究薄膜厚度和沟道长度对薄膜光电性能的影响,在1550 nm下其最大R和D*分别为165.7 A/W和4.43×1010 Jones。最后,分别制备黑磷薄膜/硫化铅与硫化铅/黑磷薄膜两种异质结器件,并研究其光电特性。
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