【摘 要】
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光电探测器作为原始信息采集的重要手段,是构建智慧城市、物联网系统、智能交通系统、智能感知等产业的不可或缺的组成器件。为了制备出小尺寸、低重量、高性能、低功耗和低成本的光电探测器,寻找新型光电材料成为了当前研究的热点。在诸多新型光电材料中,二硫化钼1.2～1.8 e V的可调带隙、单层二硫化钼厚度仅为0.68 nm、较宽波段的光谱响应、优异的光学、电学和力学性能,在光电探测器件领域有广阔的应用空间。
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光电探测器作为原始信息采集的重要手段,是构建智慧城市、物联网系统、智能交通系统、智能感知等产业的不可或缺的组成器件。为了制备出小尺寸、低重量、高性能、低功耗和低成本的光电探测器,寻找新型光电材料成为了当前研究的热点。在诸多新型光电材料中,二硫化钼1.2～1.8 e V的可调带隙、单层二硫化钼厚度仅为0.68 nm、较宽波段的光谱响应、优异的光学、电学和力学性能,在光电探测器件领域有广阔的应用空间。但目前光电探测器中二硫化钼的制备多基于机械剥离或化学气相沉积法制备,对磁控溅射制备的二硫化钼研究较少,为此,本文对磁控溅射制备二硫化钼及二硫化钼基光电探测器进行了研究。本文的主要研究内容如下:（1）磁控溅射制备少层二硫化钼的工艺优化。研究了不同的溅射功率、衬底温度、溅射时间对生长二硫化钼的影响,实验结果发现,溅射功率为100 W时,制备的二硫化钼Mo/S原子比最接近0.5,同时不稳定1T-Mo S2成分最少,电阻率较小且具有较好的均一性;衬底温度为573 K时,二硫化钼中稳定2H-Mo S2成分最大（38.92%）且薄膜导电性最优;2 min溅射时间制备的二硫化钼为5～7层的少层结构,紫外可见光近红外光谱结果也证实了二硫化钼为1T-Mo S2和2H-Mo S2两种结构的混合。（2）二硫化钼/硅异质结光电探测器的制备与光电特性研究。首先制备了不同二硫化钼溅射时间、衬底温度、感光面积的二硫化钼/硅异质结光电探测器,分析了不同参数对二硫化钼/硅异质结光电探测器特性的影响。结果表明,不同二硫化钼溅射时间会显著影响二硫化钼/硅光电探测器的性能。当二硫化钼溅射时间为15 min时,制备的二硫化钼/硅光电探测器具有较好的性能,器件暗电流最小为5.29×10-7 A,响应度为10.14m A/W,探测度为9.39×10~9 Jones;同时,不同感光面积的二硫化钼/硅光电探测器测试结果说明,器件暗电流与感光面积并不成线性关系。当器件感光面积为0.5 cm×0.5 cm时,器件表现出最低的暗电流以及较高的光电流响应。经过工艺优化后制备的二硫化钼/硅异质结光电探测器表现出了优异的性能:器件暗电流为7.26×10-9 A,响应度为65m A/W,探测度为1.24×1010 Jones,量子效率为17%,响应时间为61.32?s,回复时间为95.28?s。（3）二硫化钼场效应晶体管光电探测器的制备与特性研究。成功制备了磁控溅射少层二硫化钼背栅场效应晶体管,测试结果表明器件迁移率为2.46 cm~2/（V.s）。光电测试结果表明,当使用460 nm的光源照射时,FET器件表现出了最佳光响应,响应度2.98m A/W;为了构建正栅二硫化钼场效应晶体管,研究了二硫化钼表面原子层沉积（ALD）生长纳米级高κ栅介质层的问题。研究发现使用低功率紫外臭氧处理可以改善二硫化钼表面特性,有利于ALD高κ栅介质层的生长。测试结果表明,经过紫外臭氧预处理后的二硫化钼表面采用臭氧工艺生长的La2O3/Al2O3介质层的表面粗糙度（RMS=0.150nm）、漏电点密度最低。通过对价带和导带偏移量的计算,发现以臭氧作为氧化剂的介质层具有更高的价带偏移量,有利于提供合格的电子和空穴势垒,获得更小的漏电流(9.6×10-6 A)和更高的击穿电压（10.21 V）。最终结果表明,当二硫化钼表面受到紫外臭氧预处理后,选择O3工艺生长的La2O3/Al2O3介质层有望成为二硫化钼场效应晶体管栅介质的有力候选者。
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