二维SnSe2/SnS和SnSe2/SnSe异质结的制备及其性能研究

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自2004年发现石墨烯以来,二维材料优异的光学和电学性能逐渐进入人们的视野,但是由于石墨烯自身零带隙的缺点,制约了其在光电子学上的发展,因此研究方向的重点转向其他类型的二维材料如金属硫族化合物等化合物半导体。二硒化锡作为典型的金属硫族化合物,具有宽的光谱响应、大的比表面积和高的电子迁移率,在广谱光探测领域具有明显优势和应用价值,但是相关的研究依然处于起步阶段,基于二维材料二硒化锡的p-n型异质结仍然未有相关系统性的报道。因此,本文对二维二硒化锡、二硒化锡/硫化亚锡和二硒化锡/硒化亚锡p-n型异质结的光电探测器性能进行研究,主要内容为:1.基于二硒化锡的光电探测器:使用机械剥离法和PDMS辅助的干法转移制备二硒化锡薄膜,搭建基于二硒化锡的光电探测器并对其性能进行测试。使用机械剥离法制备二硒化锡薄膜,通过光学显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、原子力显微镜和拉曼光谱仪等对二硒化锡薄膜的纯度和结晶性进行表征,薄膜的最大尺寸约为5×8μm~2,厚度约为5 nm,随后使用PDMS辅助的干法转移将二硒化锡薄膜转移至电子束曝光制备的金电极表面,完成光电探测器的搭建。二硒化锡的电子迁移率为10cm~2·V-1·s-1,栅压对器件的电学特性起到了良好的调控作用,光电探测器对可见光和近红外光表现出良好的探测性能,光响应度约为2460.3 A·W-1,归一化探测率约为1.23×1013 Jones。2.基于二硒化锡/硫化亚锡异质结的光电探测器:使用机械剥离法制备硫化亚锡薄膜并通过PDMS辅助的干法转移制备二硒化锡/硫化亚锡p-n异质结光电探测器,与使用单一材料制备的光电探测器相比,其电子和空穴的迁移率均有所提升,表现出双极性的特点和整流特性,同时在光电探测性能上具有较大的提升作用,其光响应度为4990.3 A·W-1,归一化探测率为8.37×1013 Jones,对405 nm的响应时间缩短至3.13ms。3.基于二硒化锡/硒化亚锡异质结的光电探测器:使用机械剥离法制备硒化亚锡薄膜并通过PDMS辅助的干法转移制备二硒化锡/硒化亚锡p-n异质结光电探测器,此光电探测器具有双极性的特点和整流作用,异质结在光电探测中同样表现出优异的性能,响应度和归一化探测率分别为5912.3 A·W-1和1.04×1014 Jones,响应时间大幅度缩短至4.74 ms。
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