二维GaSexTe1-x微纳结构的制备、表征与光电性能研究

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二维层状半导体材料以其优异的物理化学性质在新型纳米光电器件研究中有着重要的应用价值和广阔的前景,吸引了学术界和工业界的广泛关注。带隙是决定半导体材料性能的最关键参数之一,影响半导体材料的吸收和发射特性。然而自然界中存在的半导体材料种类非常有限。为了面向更加广泛的纳电子和光电器件的应用,二维半导体材料的能隙调控显得尤为重要。合金的方法是一种调控二维半导体材料能带的通用方法而且其不仅能调控带隙,还可以调控晶格常数、价带和导带的位置。层状二维镓基硫族化合物拥有新颖的光子学,电子学性质和潜在的广泛应用。本文采用化学气相沉积法制备出具有特殊带隙结构的二维镓基硫族化合物,实现了带隙可调的微纳结构。同时我们利用这些二维材料设计并构筑了纳米器件,并对器件的光电导性能进行了系统的研究。  本研究主要内容包括:⑴通过改变反应原材料的配比,利用传统的化学气相沉积法合成了一系列组分可调的二维GaSexTe1-x(x=0~1)合金纳米材料。实现了带隙从1.7eV(碲化镓)到2.0eV(硒化镓)连续可调。同时通过SEM、EDS表征手段对合成的纳米材料进行表征,证实了GaSexTe1-x不是GaSe和GaTe的混合物。并且具有形貌好,产量高,面积大,高结晶质量等优点。其次还测试了不同组分GaSexTe1-x拉曼光谱、光致发光,证实了所合成的纳米结构光致发光波长范围可以实现从628nm到756nm连续可调。⑵报道二维GaSe0.5Te0.5器件的光电性质。GaSe0.5Te0.5纳米片通过SEM、TEM、XRD、XPS、拉曼光谱、光致发光等表征,证实其高结晶质量。GaSe0.5Te0.5光探测器在空气及真空中均表现出响应速度快,稳定性高和重复性好。在532纳米及650纳米光照下,光响应率分别达到22AW-1和13AW1。此外,相对于纯GaSe,GaSe0.5Te0.5延伸了光谱响应波长。这些结果表明GaSe0.5Te0.5纳米片在光探测和光传感器件中有广泛的应用。
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