基于微纳结构和量子点的光电探测器研究

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1、学校代码10530学号201510121251分类号密级公开硕士学位论文基于微纳结构和量子点的光电探测器研究学位申请人李黄经纬指导教师黄凯副教授学院名称物理与光电工程学院学科专业光学工程研究方向光电探测材料与器件二〇一八年六月八日ResearchofphotodetectorbasedonmicrostructureandquantumdotCandidateHuangJingWeiLiSupervisorAssociateProfessorKaiHuangCollegeSchoolofPhysicsandOptoel

2、ectronicsProgramOpticalEngineeringSpecializationPhotoelectricmaterialandPhotodetectorDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateJune8th,2018摘要光电探测器作为信息生活中传递信息的主要载体，是信息生活中不可分割的重要器件。在光通信领域、工业控制领域、军事领域都有着广泛的用途，是新兴的物联网、云计算、大数据等技术的物理层基础。最近二维材料光电探测器吸引了越来

3、越多的关注，但是二维材料光电探测器，由于其超薄的厚度，一般吸收率比较低。而获取更高、更快、更宽的光电探测器成为大家的研究目标，本文主要的研究对象是如何提升光电探测器的性能。为了提高光电探测器的响应速度和响应度，其一通过对器件的结构设计，制作了一种垂直超短可控沟道,器件结构及其顶电极所形成的金属等离激元，为高响应度和快速光电探测器提供了一种思路；其二通过氧化石墨烯量子点修饰二硫化钨,利用量子点的光栅效应提高二硫化钨基光电探测器的响应度。1、垂直微纳结构的设计、制备及其光电应用我们设计了一种“金属-绝缘层-金属”的垂直短沟

4、道结构，其沟道长度由绝缘层厚度决定，利用原子层沉积技术可以把沟道控制得很短。短沟道可以保持住光电探测器件的光响应速度，而且由于顶电极是微纳小孔金属，可以产生等离激元增强光吸收，从而提高光电流。由于石墨烯自身吸光率低、零带隙的原因，导致光响度很低。为了解决这一个问题，可以采用我们上述的器件结构，通过顶电极小孔金属增强光吸收，来得到高速和高响应度的光电探测器。2、氧化石墨烯量子点-二硫化钨光电探测器利用溶液旋涂的方法，把氧化石墨烯量子点修饰二硫化钨，提高二硫化钨光电探测器的光响应度。其响应度从原来的0.26mA/W提高到了

5、12.5mA/W。其光响应度提高了48倍。而且氧化石墨烯量子点是绿色环保、低耗的量子点，对环境影响较小。响应度的提高主要的归因于两个：第一是两种材料在界面处形成的内建电场，第二是氧化石墨烯量子点的光栅作用。总之，我们成功的运用氧化石墨烯量子点-二硫化钨光电探测器实现了高响应度的光电探测。为以后的光电器件探索提供了参考和思路。关键字：二维材料，短沟道，量子点，光电探测器IAbstractAsthemaincarrierofinformationtransmissionininformationlife,photoelec

6、tricdetectorisanimportantdeviceininformationlife.Inthefieldofopticalcommunication,industrialcontrolandmilitaryfield,itiswidelyused.ItisthephysicallayerfoundationofemergingInternetofthings,cloudcomputingandbigdata.Recentlytwo-dimensionalphotoelectricdetectorattra

7、ctedmoreandmoreattention.Buttwo-dimensionalmaterialsphotodetector,becauseofitsultrathinthickness,thegeneralabsorptionrateislow.Andtheacquisitionofhigher,faster,widerphotoelectricdetectorbecomestheresearchtarget.Themainobjectofthispaperishowtoimprovetheperformanc

8、eofphotodetector.Inordertoimprovetheresponsespeedofphotoelectricdetectorandresponsivity,onethroughthestructuredesignofthedevice,madeaverticalultrashortcontrollablecha