论文部分内容阅读
二维原子材料二硫化钼和石墨烯因为丰富而独特的物理内涵,在光电子器件以及能源器件等方面有重要应用。二维原子材料/半导体异质结是范德华异质结,区别于传统的pn结；在范德华异质结中二维原子材料的费米能级能够被独立调节,这使得二维原子材料/半导体异质结可以成为未来集成电路和光电子器件的新基础。本文主要基于石墨烯和二硫化钼的特殊物理,研究其与砷化镓形成的异质结在光电探测器和太阳能电池方面的应用,具体做了以下几点研究：1、通过微机械剥离法和化学气相淀积法制备大面积单层石墨烯和二硫化钼,并利用微纳工艺制备二维原子材料与半导体器件。2、在二硫化钼/砷化镓异质结间插入氮化硼层,异质结在形成过程中的电荷转移,再通过化学掺杂改变二硫化钼的费米能级,使二硫化钼/砷化镓异质结太阳能电池的PCE从4.82%增加到7.15%。3、二硫化钼/砷化镓异质结自驱动光电探测器,对可见光有很高的敏感度,结合氮化硼层原子界面能带设计与量子点光掺杂技术,响应度和探测度可达到582 mA/W和3.2×1014cm·Hz1/2/W。4、利用150nnm的金颗粒旋涂在MoS2/GaAs异质结表面获得了等离子增强的MoSa/GaAs光探测器,对于635nm的入射光响应率达到1.05 A/W,相比较不用金颗粒的MoS2/GaAs异质结,响应度提高了20%。未来采用不同直径金纳米颗粒,将进一步提升异质结的响应度,达到商业化产品功能。5、通过设计石墨烯/绝缘层/石墨烯的栅极结构来改变石墨烯的费米能级,提高石墨烯/砷化镓太阳能电池的转换效率到18.5%.6、通过在石墨烯与砷化镓之间插入氮化硼层,使石墨烯/砷化镓光电探测器的开关比提高了一个数量级。