二维Bi薄膜在刚性和柔性基底上的制备与光响应性能的研究

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近年来,二维材料由于其优异的电学和光学性能,引起了广泛的关注。二维材料的研究对象极其丰富,包括石墨烯、黑磷、六方氮化硼、过渡金属二硫化物和拓扑绝缘体等。利用这些二维材料的独特性质,研究人员将其制备成光电探测器并研究其器件性能,同时,也在试图探索其自驱动或自供能供电特性,即在零偏压下的光伏模式工作时,无需消耗外部功率。另一方面,由于二维材料在可折叠显示器、曲面数字电话和其他柔性电子系统中的巨大应用潜力,基于二维材料的柔性光电探测器近年来也受到越来越多的关注。铋(Bi)薄膜作为一种拓扑绝缘体二维材料,在元素周期表中属于VA主族。Bi具有光学活性,其内部绝缘但表面具有高导特性,它较小的体带隙保证了Bi基光电器件的超宽带光响应性能。本文以Bi为研究对象,采用气相沉积法,探索在刚性和柔性基底上生长二维Bi薄膜的条件,并且对样品的微观结构进行形貌表征,进而制备成光电探测器来分析其光响应特性。本文工作主要涵盖以下几个方面:一、在刚性硅片(Si O2/Si)基底和柔性聚酰亚胺(PI)基底上制备Bi薄膜。通过调控Bi生长过程中的温度(T)、压强(P)和载气流速(sccm)等条件,实现Bi薄膜的可控生长,并对其微观结构进行了形貌表征。二、采用气相沉积法在硅片(Si O2/Si)基底上制备Bi薄膜刚性光电探测器。以不同波长的激光器(405 nm、660 nm、808 nm、980 nm和1064 nm)作为照射光源,在不同功率和偏置电压的条件下,对样品进行电流-电压特性和光开关特性测试。研究发现Bi薄膜光电探测器具有宽光谱响应范围,同时兼具响应速度快、稳定性好等优良特性,且在零偏压下显现出自驱动特性。三、在聚酰亚胺(PI)基底上制备了Bi薄膜柔性光电探测器。分别采用660 nm的可见光激光器和808 nm的近红外激光器作为入射光源,在不同的偏置电压和曲率半径下,测试其光开关特性和电流-电压特性。研究发现,在经过上百次弯折后,样品仍然表现出优良的延展性、耐用性、可重复性。
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