二硒化铂/超薄二氧化硅/硅异质结自驱动光电探测器

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二维(2D)二硒化铂(Pt Se2)具有带隙可调、载流子迁移率高、光电耦合高、空气稳定性强、宽光谱响应良好等特性。因此,Pt Se2材料在高性能光电探测器(PD)和Si-CMOS技术集成的光电应用领域引起了广泛的研究兴趣。然而,目前基于2D材料的PD还面临着一些严峻的挑战,比如制备工艺复杂、成本高昂、光响应范围窄、响应度不够突出、比探测率低以及暗电流较高等,这使得2D PD在商业应用领域难以得到有效的推广。针对这些存在的挑战,本文提出了一种基于Pt Se2/ultra-thin Si O2/Si异质结结构的高性能、空气稳定、自驱动、宽光谱响应PD。在异质结界面上的超薄绝缘层可以抑制暗电流、改善二极管理想系数和提高内建电势差,从而提高光响应电流并使得该PD在下一代近红外光电器件中具有潜在的应用前景。具体的研究内容和成果如下所示:1、利用热辅助转化(TAC)工艺生长出了大面积、均匀的Pt Se2薄膜,并制备了基于Pt Se2/ultra-thin Si O2/Si异质结的自驱动宽光谱响应PD。与传统Pt Se2/Si异质结及基于类似2D材料的异质结PD相比,本研究器件具有优越性。2、在黑暗条件下研究了Pt Se2/ultra-thin Si O2/Si异质结探测器的电学性能,得到了暗电流为0.12 p A、整流比为5.7×10~7,理想因子为1.015和内建电势差为1.04 V。3、在零偏压和不同波段光照下,Pt Se2/ultra-thin Si O2/Si异质结PD表现出了优异的宽光谱(375-2000 nm)响应和自驱动特性。在零偏压和808 nm波长激光照射下,该探测器的响应度、开关比和比探测率(DM*)分别高达8.06 A W-1、1.29×10~9和4.78×1013 Jones。而且,本器件在自然的环境中保存7个月前后的光电表征几乎没有衰退,验证了该器件的超强稳定性。4、器件制备工艺与硅基CMOS工艺兼容。基于Pt Se2/ultra-thin Si O2/Si异质结的9×9器件单元阵列在表现出各器件性能高度一致的同时也展现出了在成像传感和光轨迹追踪领域的应用潜力。
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