溶液法制备过渡金属氧化物和（硫）碘化物及其光电探测器研究
发布时间：2021-11-22 01:20
光电探测器是一种可以将光信号转换为电信号的设备,在成像技术、环境监测和光通信等领域都扮演着十分重要的角色。商业使用的光电探测器多数的设计是基于晶体硅和硅-锗异质结或III-V族半导体合金体相材料。然而,这类材料具有易碎、价格昂贵以及苛刻的制备工艺等诸多缺点,难以满足下一代光电子器件在低功耗、轻量化设计、易于携带、机械柔性、可扩展性以及低制备成本等方面的需求。以卤化物钙钛矿,无机纳米晶体,有机半导体和新兴二维材料为代表的新型低维半导体材料拥有独特物理电子性质。因而基于低维材料构筑的快速响应、灵敏度高和低功耗的宽光谱光电探测器有望成为通讯、遥感、监测和成像等技术的至关重要元器件,所以受到国内外高度研究关注,成为信息等领域研究的前沿热点问题之一。目前普遍研究的低维材料光探测器探测范围从深紫外到近红外,器件的单一技术指标非常优异。但评价低维材料光探测器性能优劣不能仅关注一个技术指标,需要综合考虑各个技术指标间的平衡关系。此外如何发展廉价、简易材料制备工艺以及构筑基于低维材料大面积光电探测器还具有挑战性,所以这方面的研究具有重要科学和应用价值。而溶液法合成具有低成本、规模化的特点,其合成通常涉及...
【文章来源】：东华大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
典型的光电探测器应用于不同的检测波段，从紫外UV，可见VIS到宽红外，包括近红外NIR，短波红外SWIR，中波红外MWIR，长波红外LWIR和远红外FIR＆THz[2]
博士学位论文5Figure1.1Thetypicalphotodetectorapplicationsatdifferentdetectionspectralbands,fromtheultraviolet(UV),visible(VIS)tothebroadinfrared,includingNIR,SWIR,MWIR,LWIRandFIR&THz[2]图1.2紫外到红外波段商售光电探测器概览（来自美国Thorlabs公司。https://www.thorlabschina.cn/navigation.cfm）Figure1.2Overviewofcommerciallyavailablephotodetectorsfromtheultraviolettotheinfrared(FromThorlabsInc.,USA.https://www.thorlabschina.cn/navigation.cfm)1.2光电探测器的简介1.2.1光电探测器的工作机制光电探测器是一种将光信号转换为电信号的器件。这里光电转化主要涉及两种类型的光电流产生机制。一种由于光学跃迁而引起的自由载流子的激发，包括光伏效应（photovoltaiceffect），光电导效应（photoconductiveeffect）和光致栅调控效应
博士学位论文6（photogatingeffect）。另一种归因于热效应，包括光热电（photothermoelectric）和辐射热效应（bolometriceffect）。（a）光电导效应（photoconductiveeffect）。在光电导效应中，半导体吸收光子产生额外的自由载流子，并降低了电阻（见图1.3）。图1.3a描绘了FET的能带图。在外加偏压（Vds）无光照的情况下，小的源极-漏极电流（也称为暗电流，Idark）可以流过。有光照时，半导体吸收能量高于带隙（Eph>Eg）的光子产生电子-空穴对，并由外加的偏压Vds分离（图1.3b）。光生电子和空穴沿相反方向向金属电极端漂移，导致电流净增加（Iph）。这种光生电流增加了暗电流，降低了器件的电阻，如图1.3c和d所示。图1.3光电导效应示意图。（a）无光照外加偏压下与两种金属（M）接触的半导体沟道能带对准示意图。小电流流过器件（Idark）。（b）光子能量（Eph）高于带隙（Eg）的光照下的能带对准示意图。光子被吸收产生e-h对并被外部施加的偏压分离，产生光电流（Iph），增加Idark。（c）黑暗（黑线）和光照（红线）下Ids-Vg曲线。照明导致电导率（垂直偏移）的增加和整个栅压范围内的正光电流。（d）在暗处（黑线）和在光照下（红线）的Ids-Vg曲线。光照导致电导率增加和正光电流[4]Figure1.3Schematicofthephotoconductiveeffect.(a)Bandalignmentforasemiconductorchannelcontactedwithtwometals(M)underanexternalbiaswithoutillumination.Asmallcurrentflowsthroughthedevice(Idark).(b)Bandalignmentunderilluminationwithphotonsofenergy(Eph)higherthanthebandgap(Eg).Theabsorptionofphotonsgeneratese-hpairsthatareseparatedbytheexternalappliedbias,generatingaphotocurrent(Iph)w
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属氧化物纳米材料的设计与合成策略（英文）[J]. 孙子其,廖婷,寇良志. Science China Materials. 2017(01)
本文编号：3510643
【文章来源】：东华大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
典型的光电探测器应用于不同的检测波段，从紫外UV，可见VIS到宽红外，包括近红外NIR，短波红外SWIR，中波红外MWIR，长波红外LWIR和远红外FIR＆THz[2]
博士学位论文5Figure1.1Thetypicalphotodetectorapplicationsatdifferentdetectionspectralbands,fromtheultraviolet(UV),visible(VIS)tothebroadinfrared,includingNIR,SWIR,MWIR,LWIRandFIR&THz[2]图1.2紫外到红外波段商售光电探测器概览（来自美国Thorlabs公司。https://www.thorlabschina.cn/navigation.cfm）Figure1.2Overviewofcommerciallyavailablephotodetectorsfromtheultraviolettotheinfrared(FromThorlabsInc.,USA.https://www.thorlabschina.cn/navigation.cfm)1.2光电探测器的简介1.2.1光电探测器的工作机制光电探测器是一种将光信号转换为电信号的器件。这里光电转化主要涉及两种类型的光电流产生机制。一种由于光学跃迁而引起的自由载流子的激发，包括光伏效应（photovoltaiceffect），光电导效应（photoconductiveeffect）和光致栅调控效应
博士学位论文6（photogatingeffect）。另一种归因于热效应，包括光热电（photothermoelectric）和辐射热效应（bolometriceffect）。（a）光电导效应（photoconductiveeffect）。在光电导效应中，半导体吸收光子产生额外的自由载流子，并降低了电阻（见图1.3）。图1.3a描绘了FET的能带图。在外加偏压（Vds）无光照的情况下，小的源极-漏极电流（也称为暗电流，Idark）可以流过。有光照时，半导体吸收能量高于带隙（Eph>Eg）的光子产生电子-空穴对，并由外加的偏压Vds分离（图1.3b）。光生电子和空穴沿相反方向向金属电极端漂移，导致电流净增加（Iph）。这种光生电流增加了暗电流，降低了器件的电阻，如图1.3c和d所示。图1.3光电导效应示意图。（a）无光照外加偏压下与两种金属（M）接触的半导体沟道能带对准示意图。小电流流过器件（Idark）。（b）光子能量（Eph）高于带隙（Eg）的光照下的能带对准示意图。光子被吸收产生e-h对并被外部施加的偏压分离，产生光电流（Iph），增加Idark。（c）黑暗（黑线）和光照（红线）下Ids-Vg曲线。照明导致电导率（垂直偏移）的增加和整个栅压范围内的正光电流。（d）在暗处（黑线）和在光照下（红线）的Ids-Vg曲线。光照导致电导率增加和正光电流[4]Figure1.3Schematicofthephotoconductiveeffect.(a)Bandalignmentforasemiconductorchannelcontactedwithtwometals(M)underanexternalbiaswithoutillumination.Asmallcurrentflowsthroughthedevice(Idark).(b)Bandalignmentunderilluminationwithphotonsofenergy(Eph)higherthanthebandgap(Eg).Theabsorptionofphotonsgeneratese-hpairsthatareseparatedbytheexternalappliedbias,generatingaphotocurrent(Iph)w
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属氧化物纳米材料的设计与合成策略（英文）[J]. 孙子其,廖婷,寇良志. Science China Materials. 2017(01)
本文编号：3510643
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