论文部分内容阅读
二维（2D）过渡金属硫族化合物（TMDs）具有类似于石墨烯的优异电学、光学性能。具有随层数变化而可调谐的带隙（1～2 e V）,当从体材料剥离至少层材料时,其禁带宽度会逐渐增加,进一步改变光谱探测波段。这些优点使其成为了新型光电子器件应用领域的材料体系。二硒化钨（WSe2）是一种典型的过渡金属硫族化合物,基于WSe2二维材料的异质结器件有着重要的应用,两种材料界面处的空间电荷区能够提升光生载流子分离效率,提高光电探测器的综合性能。然而,TMDs材料中的缺陷,会捕获载流子,降低其光电性能。另一方面,单一的WSe2二维材料尽管光吸收率较高,不过由于其二维结构会导致光吸收量较低。本研究主要围绕优化WSe2二维材料光电性能三个方面展开:（1）WSe2场效应晶体管（FET）制备及其光电探测性能研究:本研究采用机械剥离法从WSe2体材料中剥离出少层高质量的WSe2样品。将剥离的二维材料转移到Au电极上,制备场效应晶体管并探究其光电性能。结果表明:单一WSe2材料具有良好的电学性能,载流子迁移率为3.42 cm2/V·s。但其光电探测响应度仅为0.61 A/W,响应时间为145μs/139μs。（2）WSe2/二硫化钼（MoS2）异质结构制备及其光电探测性能研究:在传统2D/2D的WSe2/MoS2异质结基础上,我们设计了通过调控CVD生长过程中双温区管式炉中低温区（S源）的加热时间来控制S蒸气的浓度从而实现低S空位缺陷的MoS2二维材料的制备。并通过湿法转移技术将高结晶质量的MoS2样品转移到粘有WSe2样品的Si O2衬底上,得到高结晶质量p-n型异质结接触界面。结果表明,WSe2/MoS2异质结响应度为41.15 A/W（单一WSe2材料光电探测器的67倍）,响应时间为102μs/110μs（单一WSe2材料光电探测器的2.7倍）。（3）WSe2/氧化锌量子点（ZnO QDs）异质结构制备及其光电探测性能研究:首次采用了ZnO QDs复合WSe2二维材料构成2D/0D异质结构光电探测器。我们制备了比表面积更大的ZnO QDs,将其旋涂在WSe2二维材料表面,有效解决了WSe2二维材料其二维尺度下的光吸收量不足的问题。结果表明,我们制备的WSe2/ZnO QDs异质结构器件有效的降低了暗电流并且扩宽了光谱探测范围（350-800 nm）。其光电探测响应度为16.2 A/W（单一WSe2材料光电探测器的26倍）,响应时间为46μs/42μs（单一WSe2材料光电探测器的3倍）。