低角度依赖热辅助增强宽波段光探测材料制备及性能研究

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二维材料因其优异的光学、电学及热学特性近年来引起了极大的关注,并广泛应用于光电器件、热学器件、能源转换和存储等领域。特别是过渡金属硫族化合物Mo S2,是一种禁带宽度为1.8 e V的二维直接带隙半导体材料,是已知的二维半导体材料中光电性能最优异的材料之一,在纳米光电器件领域存在巨大的潜在应用前景。但是,基于该二维材料的光电探测器受限于超薄特性、低光吸收率,严重制约了光探测性能的进一步提升,且现阶段对低角度依赖性以及热辅助增强的研究很少涉及到宽波段光电探测方面。因此,本文结合生物仿生思想,设计了一种性能优于传统光电探测器的新型宽波段室温光电探测器,创造性地实现了层状二硫化钼/非层状硫化镉/金复合材料与仿生准光子微纳结构一体化,制备了低角度依赖的热辅助增强宽波段(可见-近红外)光探测器。本文所制备的光电探测器(有效面积:平方毫米级)具有优于已报道的高性能二硫化钼异质结构光电探测器,在低偏置电压(0.5 V)下,波长分别为660、808和980 nm的光响应度高达132.06、122.46和74.44 m A/W,与目前小的光敏有效面积(有效面积:平方微米级)的高性能光电探测器相比都具有非常强的竞争力,为今后新型光电探测器的设计和制备提供有效的理论指导。本文主要工作内容总结如下:1.提出构建高性能光电探测器的想法,采用简单的湿化学方法并结合仿生技术制备由二维材料、半导体与金属结合的复合材料与具有准光子微纳结构的巴黎翠凤蝶前翅(PW)相结合的新型Mo S2/Cd S/Au_C_PW光电探测器。在计算方面对时域有限差分法(FDTD),焦耳定律,热辐射定律以及第一性原理计算方法进行介绍,便于深入展开对Mo S2/Cd S/Au_C_PW器件的光电性能研究。2.成功制备了Mo S2/Cd S/Au_C_PW器件,通过扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、能量色散X射线能谱、X射线衍射仪、拉曼测试、X射线光电子能谱和光致发光光谱的测试进行了成分表征。建立了Mo S2/Cd S/Au_C_PW光学模型,深入探究其光电探测性能,表明了器件具备高光吸收、低角度依赖、热辐射平衡、低功耗以及宽波段响应的特性。
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