【摘 要】
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低成本、宽光谱的红外光电探测器是工业控制、光通信和生物成像等应用中重要的组成部分,但目前的探测器大多造价昂贵无法广泛使用。其中,使用胶体量子点和二维材料是设计低成本红外光电探测器的一个有吸引力的替代方案。本文以制备二硫化钼和硒化铅量子点为基础,将二硫化钼的高载流子迁移率、PbSe量子点的可调带隙以及高吸收系数等特点相结合,构建了PbSe量子点/MoS2混合型光电探测器并分析器件的光电探测性能。本论
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低成本、宽光谱的红外光电探测器是工业控制、光通信和生物成像等应用中重要的组成部分,但目前的探测器大多造价昂贵无法广泛使用。其中,使用胶体量子点和二维材料是设计低成本红外光电探测器的一个有吸引力的替代方案。本文以制备二硫化钼和硒化铅量子点为基础,将二硫化钼的高载流子迁移率、PbSe量子点的可调带隙以及高吸收系数等特点相结合,构建了PbSe量子点/MoS2混合型光电探测器并分析器件的光电探测性能。本论文通过热注入法控制合成量子点的反应时间得到了不同吸收峰且稳定的PbSe量子点,随着反应时间从100 s增大到220 s,量子点尺寸由4.74 nm增大到7.11 nm,其第一激子吸收峰的位置也发生了红移从1580 nm增大至2080 nm,进而其对应的光学带隙也由0.785 e V减小至0.596 e V。这种吸收峰值近红外可调的特性为制备低成本、宽光谱的红外光电探测器提供了可能。此外,通过机械剥离的方式获得了质量良好的多层二硫化钼,多层二硫化钼由于带隙减少而扩大了光谱检测范围,以及由于厚度增加而产生了更大的吸收。本论文采用紫外光刻、电子束蒸发、旋涂等工艺制备了PbSe量子点/MoS2混合型光电探测器。以多层MoS2为沟道材料,PbSe量子点作为光敏材料,二者结合在一起构建光电晶体管结构,在二硫化钼沟道和量子点接口处产生内建电场实现光电探测。PbSe量子点/MoS2混合型器件表现出宽光谱响应的特性,成功拓宽了MoS2基光电探测器的探测截止波长。其中p/n型PbSe量子点/MoS2光电探测器在650 nm波长下响应度高达2300 A/W,归一化探测率D*达到3.14×1010Jones。在近红外1310 nm处响应度为218 A/W,D*为6.84×10~9Jones,外量子效率达到2.07×10~4%。同时,该器件上升和下降时间达到12.3 ms和34.2 ms。而n/n+型PbSe量子点/MoS2光电探测器在650 nm波长下响应度高达2787 A/W,D*为3.85×1010Jones。在近红外1310 nm处响应度达到294.56 A/W,D*为1.32×1010Jones,外量子效率达到2.80×10~4%。特别地,在通信波段（1310 nm和1550 nm）处,器件响应时间达到μs量级,在1550 nm入射光下上升时间和下降时间分别低至83.0μs和90.5μs。此外,经长时间工作测试,该混合器件在空气中具备良好的工作稳定性。这项工作为制备低成本、短波红外波段的器件提供参考意义和价值。
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