光電探測器的發(fā)展已經(jīng)有幾十年的歷史,是現(xiàn)代光電子系統(tǒng)非常重要的一部分,在光信號轉(zhuǎn)化為電信號的過程當(dāng)中,它用于接收外界光的信號,相當(dāng)于人的眼睛。在光電探測器器件中,光電半導(dǎo)體材料的選擇及優(yōu)化直接決定了光電探測器性能的優(yōu)劣。目前應(yīng)用較多的有Ge基、Si基、HgCdTe基、InGaSe基等光電探測器器件。隨著科技的進步和社會的發(fā)展,人們對光電探測器材料及其器件性能的要求也越來越高,其發(fā)展趨勢是更加集成化,高效化,靈敏化和寬譜化,因此,低維（0D,1D,2D）光電材料的研制開發(fā)逐漸成為光電探測器領(lǐng)域發(fā)展的一個重要方向。氧化鋅納米帶（ZnO nanowires）、石墨烯（graphene）,黑磷（black phosphorus）和過渡金屬硫系化合物（TMDs）是最近十年一維或二維光電材料研究的熱點。但它們都有著各自的不足和局限。如石墨烯的零帶隙限制了其在光電探測領(lǐng)域的應(yīng)用,黑磷在空氣中的不穩(wěn)定性也限制了其實際應(yīng)用等等。GeSe作為一種IV-VI化合物半導(dǎo)體有著和黑磷相似的層狀結(jié)構(gòu)及各向異性的電子傳輸性能。高的光電響應(yīng)度,快的光電響應(yīng)時間,可調(diào)控的帶隙,無毒性,環(huán)境友好,元素常見,在空氣中穩(wěn)定的... 

【文章來源】：浙江大學(xué)浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

光電子系統(tǒng)組成方框圖

愎荒芰康墓庾饔迷誆牧?上時，價帶的部分電子就有可能吸收能量越過帶隙進入導(dǎo)帶，形成載流子并產(chǎn)生電子-空穴對。這個過程就是本證吸收。電子在躍遷過程當(dāng)中要滿足能量和動量守恒，所以半導(dǎo)體又分為直接帶隙半導(dǎo)體和間接帶隙半導(dǎo)體。圖1-2為直接帶隙半導(dǎo)體和間接帶隙半導(dǎo)體電子躍遷過程示意圖[8]。直接帶隙半導(dǎo)體電子在躍遷的過程當(dāng)中導(dǎo)帶底和價帶頂?shù)膋值是一樣的，不需要吸收或者釋放聲子（晶格震動），而間接半導(dǎo)體的導(dǎo)帶底和價帶頂?shù)膋值不處于同一空間，根據(jù)動量和能量守恒，電子在躍遷過程當(dāng)中需要吸收或釋放聲子。圖1.2直接帶隙半導(dǎo)體和間接帶隙半導(dǎo)體電子躍遷過程示意圖[8]。Fig.1.2Schematicdiagramoftheelectronictransitionofdirectbandgapsemiconductorsandindirectbandgapsemiconductors.并不是所有半導(dǎo)體都是純凈的單質(zhì)，大多數(shù)材料當(dāng)中都會存在或多或少的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)產(chǎn)生的雜質(zhì)能級能束縛電子和空穴，并且可以產(chǎn)生躍遷。這些雜質(zhì)主要包括電離雜質(zhì)，中性雜質(zhì)和能帶間的電子。半導(dǎo)體材料電子躍遷過程中可以利用雜質(zhì)能級與相鄰主能帶之間進行吸收和躍遷然后形成光電導(dǎo)效應(yīng)。雜質(zhì)吸收主要應(yīng)用于中紅外和遠(yuǎn)紅外光電探測器。光電效應(yīng)是指半導(dǎo)體在了在外界光照條件下，光子與材料內(nèi)部的電子產(chǎn)生相互作用，使電子進入激發(fā)狀態(tài)形成光電流的現(xiàn)象。基于光電效應(yīng)可以做成各種光電半導(dǎo)體器件。光電流產(chǎn)生的機制大致分為3種：光電導(dǎo)效應(yīng)、光生伏特效應(yīng)、

浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文4光-熱電效應(yīng)。光電導(dǎo)效應(yīng)是光電效應(yīng)中最基礎(chǔ)也是應(yīng)用最廣泛的一種機制。光子與電子相互作用使得電子從基態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，形成自由載流子，造成半導(dǎo)體的電導(dǎo)率瞬間升高。大多數(shù)光電探測器和場效應(yīng)晶體光（FET）都是基于光電導(dǎo)效應(yīng)制成應(yīng)用器件。圖1-3[9]為FET在黑暗條件和光照激發(fā)條件下的能帶圖。在黑暗條件下給FET施加一個偏壓時，由于半導(dǎo)體本身電導(dǎo)率很低，所以產(chǎn)生的電流很校當(dāng)有特定波長的光照射時，光子與電子作用使電子吸收光子能量越過帶隙進入導(dǎo)帶，形成電子-空穴對，該電子成為載流子然后在偏壓的作用下最終形成電流。圖1.3(a)黑暗狀態(tài)下金屬-半導(dǎo)體-金屬在外置偏壓下的能帶圖;(b)光子能量大于帶隙時受到激發(fā)時的能帶圖;(c)黑暗狀態(tài)下和光照激發(fā)狀態(tài)下漏電流-柵壓(Ids-Vg)曲線;(d)黑暗狀態(tài)下和光照條件下漏電流-漏電壓(Ids-Vds)曲線[9]。Fig.1.3(a)Banddiagramofmetal-semiconductor-metalunderexternalbiasinthedarkstate;(b)Banddiagramwhenthephotonenergyisgreaterthanthebandgapwhenexcited;(c)DrainsourceinthedarkstateandlightexcitationCurrent-gatevoltage(Ids-Vg)curve;(d)Drain-sourcecurrent-drain-sourcevoltage(Ids-Vds)curveunderdarkconditionsandlightconditions.光生伏特效應(yīng)一般存在以PN結(jié)器件當(dāng)中，基于光生伏特效應(yīng)的光電探測器器件又稱為光電二極管。與光電導(dǎo)效應(yīng)不同的是光生伏特效應(yīng)機制當(dāng)中引起電子-空穴分離的是內(nèi)建電場，而不是光子激發(fā)。在黑暗狀態(tài)下光電探測器展現(xiàn)出整流

【參考文獻】：
期刊論文
[1]光電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展離不強大的上游材料——訪中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院電子信息研究所研究室主任馮曉輝[J]. 孫曉霞.  新材料產(chǎn)業(yè). 2019(05)
[2]二維半導(dǎo)體光電探測器:發(fā)展、機遇和挑戰(zhàn)[J]. 李亮,皮樂晶,李會巧,翟天佑.  科學(xué)通報. 2017(27)
[3]紅外探測器的最新進展[J]. 陳長水,劉榮挺,劉頌豪.  大氣與環(huán)境光學(xué)學(xué)報. 2013(01)

碩士論文
[1]ZnO納米線光電探測器制備與表面態(tài)處理研究[D]. 張達寬.南京大學(xué) 2015



本文編號：3213025