【摘 要】
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在过去的十年中,研究人员一直致力于高性能的过渡金属硫族化合物（TMDCs）光电器件的研究。研究表明,高响应、高灵敏和快速响应成为制造高性能光电器件的因素。就目前来看,光电器件已经实现了高响应和高灵敏,但根据以往的报道,基于TMDCs的光电器件响应时间仅在10-2 ms到10~5 ms之间。因此,提高基于TMDCs的光电探测器的响应速度是未来应用的研究重点。这种相当慢的响应时间是由几个光载流子的输运
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在过去的十年中,研究人员一直致力于高性能的过渡金属硫族化合物（TMDCs）光电器件的研究。研究表明,高响应、高灵敏和快速响应成为制造高性能光电器件的因素。就目前来看,光电器件已经实现了高响应和高灵敏,但根据以往的报道,基于TMDCs的光电器件响应时间仅在10-2 ms到10~5 ms之间。因此,提高基于TMDCs的光电探测器的响应速度是未来应用的研究重点。这种相当慢的响应时间是由几个光载流子的输运过程决定的,其中包括捕获、复合、漂移和扩散。为了获得更短的响应时间,我们需要对器件结构和光生载流子输运过程进行优化。在本论文中,我们分别在两次金属沉积之前使用氩（Ar）/氧（O2）等离子体对接触区域WSe2进行面电荷转移掺杂,进而制备出了基于横向p-i-n结的WSe2光电二极管。与之前报道的基于TMDCs的横向p-n结相比,横向p-i-n结构有助于（i）通过降低接触电阻来提高载流子的注入/提取,（ii）通过增加本征区域来提高耗尽区的宽度,从而增加光敏区域的面积,（iii）在未耗尽区域进行局域化掺杂,从而抑制光生载流子缓慢的扩散过程,（iv）减少掺杂可能带来的不良影响,例如光生载流子的捕获。因此,基于TMDCs的光电探测器首次实现了创纪录的264 ns的响应时间。此外,与目前最先进的基于TMDCs的同质p-n二极管相比,我们的WSe2 p-i-n二极管在整流比、理想因子和比探测率方面性能相当或者更胜一筹,这也充分显示了这项工作的显著优势。因此,在自驱动高频微弱光信号检测中,这些优异的性能为WSe2 p-i-n光电二极管提供了广阔的前景。最后,我们认为本研究揭示了一种很有前景的方法,即通过简单易行的等离子体处理实现表面电荷转移掺杂,来制备其它TMDCs p-i-n二极管和双极型晶体管。
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