【摘 要】
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二硫化钼（MoS2）具有高载流子迁移率和可调禁带带隙,是开发高性能光电探测器的理想材料。但是其较低的光吸收、较小的单晶面积、以及较多的内部缺陷极大地限制了其光电应用。本论文首先介绍了MoS2的原子结构和光电性能,然后综述了近年来提高MoS2基光电探测器性能的策略。重点讨论了两步法制备大面积MoS2薄膜及其光电探测器性能、SiO2对单层MoS2场效应晶体管和光电探测器进行表面缺陷钝化、使用紫杉醇分子
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二硫化钼（MoS2）具有高载流子迁移率和可调禁带带隙,是开发高性能光电探测器的理想材料。但是其较低的光吸收、较小的单晶面积、以及较多的内部缺陷极大地限制了其光电应用。本论文首先介绍了MoS2的原子结构和光电性能,然后综述了近年来提高MoS2基光电探测器性能的策略。重点讨论了两步法制备大面积MoS2薄膜及其光电探测器性能、SiO2对单层MoS2场效应晶体管和光电探测器进行表面缺陷钝化、使用紫杉醇分子组装在单层MoS2表面改善界面以提高其光电探测器的性能。1、两步法制备层数可控、结晶性良好、高迁移率、少缺陷的MoS2薄膜。采用热化学气相沉积硫化金属Mo薄膜,在磁控溅射中使用射频溅射功率为6 W,溅射时真空室内压强为0.3 Pa,溅射时间为8 s就可以制备得到厚度约为0.42 nm的Mo薄膜。在CVD中,通过足量的升华硫单质对0.42 nm的金属Mo薄膜进行硫化,就可以得到与衬底面积大小相同（1×1 cm）且厚度可控多晶MoS2薄膜。并对其进行拉曼光谱、光致发光、X射线光电子能谱、紫外光电子能谱等进行表征,从电子、分子层面对MoS2性能和厚度之间的关系进行了阐述。2、MoS2光电探测器的制备及其光电性能测试。当MoS2的厚度增加（0.72nm、2.4nm、3.62nm、8.1nm）,迁移率从1.2增加到10.68 cm~2V-1s-1,开关比从10~3增加到10~4。这是因为随着厚度的增加,金-半接触势垒减小,载流子注入更加容易。对于单层MoS2光电探测器来说,直接带隙意味着当电子在吸收能量大于1.8 e V的光子后,直接从价带直接跃迁到导带,这在一定程度上极大地提高了光子的利用效率,量子效率大大增加。随着厚度的增加,光子利用效率降低,量子产率降低。器件响应率从0.72 nm的25.42 AW-1,降低到8.1 nm的11.08 AW-1,与此同时,探测率也从1.12×1010 jones降低到1.7×10~8 jones。3、SiO2钝化的单层MoS2的场效应晶体管及其光电性能研究。以100 nm SiO2为隧穿氧化钝化层的器件展现出优异的光电性能(R:246.96 AW-1、D*6.64×1011jones、μ:31.79 cm~2V-1s-1、Ion/off:1×10~7),这些事实有力的证明了SiO2隧穿氧化钝化层能够有效的隔绝MoS2表面吸附的水以及杂质分子,实现介电屏蔽,通时能有效钝化MoS2表面的缺陷并对其光电性能显著提升。4、Taxol修饰的MoS2光电探测器的制备及光电性能研究。组装Taxol分子可以显著改善MoS2的界面,减少界面载流子的复合,从而使得MoS2场效应晶体管的载流子密度增加。同时,得益于Taxol分子内的强紫外光吸收能力以及与MoS2良好的协同效应,Taxol/MoS2光电探测器的响应率从25.42 AW-1增加到67.3AW-1,探测率从1.12×1010 jones增加到1.84×1011 jones。
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