硫族化合物(Mo、Pb)薄膜的制备与光电探测性能研究

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石墨烯的零带隙特性限制了其在逻辑器件中的应用,与其结构类似、具有优良性质的硫族化合物成为了很好的代替者。在硫族化合物家族中,硫化钼(MoS2)和硫化铅(PbS)由于带隙可调、易于制备和光电性能优异等特性,在光电探测领域具有广泛的应用。本文采用脉冲准分子激光诱导合成新方法制备MoS2薄膜,具有快速制备、选区制备、可应用于柔性衬底和合成掺杂同步完成等优势,对其生长机理进行了探索。同时本文利用磁控溅射制备具有最佳光响应的(200)取向准单晶PbS薄膜,并对其制备工艺进行了研究分析。本文的主要研究内容如下:(1)采用脉冲准分子激光诱导合成新方法制备了MoS2薄膜。研究了合成工艺参数对成膜质量的影响,包括原料和衬底的处理、前驱体工艺参数和激光工艺参数,成功制备了多层混合相1T@2H-MoS2薄膜。利用Gaussian软件对前驱体进行仿真,并结合实验结果给出了前驱体的光化学分解路径图和反应机理,为激光光化学合成的设计与应用提供参考。(2)采用脉冲准分子激光诱导实现了MoS2薄膜的原位掺杂。通过调配加入Au元素的前驱体溶液,一步合成了Au掺杂MoS2薄膜。制备了背栅场效应晶体管,阈值电压为-13.13 V,开关态电流比为10~5,场效应迁移率为0.58 cm~2/V·s,表明原位Au掺杂的MoS2薄膜呈现p型导电。设计了基于MoS2的同质结光电探测器,通过湿法转移工艺,将CVD生长的单层2H-MoS2与多层1T@2H-MoS2结合制备垂直同质结光电探测器,光响应达1917 A/W,探测率达7.55×1011Jones,外量子效率为4.84×10~5%。(3)采用磁控溅射制备了PbS薄膜。研究了磁控溅射各参数对成膜质量的影响。通过调控溅射参数及后退火处理,制备具有最佳光响应的(200)取向准单晶n型PbS薄膜。设计并制备了PbS薄膜异质结红外探测器,异质结的整流比达10~4,探测器的光响应是0.76 m A/W、探测率是6.07×1010Jones。
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